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Lettre d’information
de l’Office des eaux et des déchets
Thème central édition no 4 / 2015
Nouvelle carte au géoportail
Carte du toit du rocher dans le géoportail
La carte du toit du rocherformation dans la nature
La carte du toit du rocher est un modèle numérique du terrain du rocher.
Le modèle numérique de la surface du
terrain et de la partie supérieure du rocher fusionnent là où le rocher émerge
à la surface de la terre ou n’est recouvert que par une zone réduite de roche
altérée. C’est le cas qui se présente à maints endroits dans
les Alpes et le Jura. Les isohypses de la surface du terrain
peuvent alors servir également à la représentation du relief
de la partie supérieure du rocher. Mais là où les deux reliefs
se détachent parce que l’altération de la roche est profonde
ou parce que le rocher est recouvert de roches meubles
quaternaires, nous sommes tributaires de sondages pour
suivre le parcours souterrain du toit du rocher.
Pour les effectuer, il nous faut tout d’abord faire la distinction
entre rocher et roches meubles. Les dépôts sédimentaires
se transforment en rocher lorsque les zones poreuses entre
les particules sont comblées par un liant cristallisé. Les galets d’une gravière sont un exemple de roche meuble, en
revanche, le poudingue que l’on trouve au Guggershörnli et
sous les collines de l’Emmental ainsi que le grès utilisé pour
les monuments de la vieille ville de Berne sont des rochers.
totalement effacées par les suivantes. C’est sur le rocher
que les périodes de glaciation ont eu les effets les plus marqués. Lorsqu’il affleurait à nu, il s’est alors érodé et effrité
sous l’influence du gel. L’érosion la plus importante s’est
faite sous l’action du glacier, qui a poli pendant des centaines, voire des milliers d’années la roche nue et dont les
eaux de fonte abrasives et chargées de sable se sont frayé
un chemin vers le lit du glacier entre la glace et la roche.
La pression hydrostatique élevée du glacier renforçait la
puissance d’érosion des courants d’eau de fonte. Il ne faut
pas croire que le talweg des eaux de fonte est toujours descendant comme on pourrait le déduire de l’observation de
nos cours d’eau: il suit plutôt un enchaînement de cuvettes
et de seuils. On peut observer des exemples de l’énorme
puissance d’érosion des cours d’eau de fonte sous les glaciers (qui ont entretemps reculé) sur des sites d’excursion
bien connus dans l’Oberland, comme les gorges du glacier
de Rosenlaui et de Grindelwald, les chutes du Trümmelbach
dans la vallée de Lauterbrunnen, les gorges de l’Aar derrière
Meiringen, ou encore celles de Choleren près d’Adelboden.
Or une longue période les sépare. La molasse d’eau douce
supérieure représente la plus récente formation rocheuse
dans le canton de Berne. Elle s’est accumulée entre 17 et
environ 5 millions d’années avant notre ère, devant la chaîne
alpine, dans un bassin qui a joué le rôle de piège à sédiments et accueilli les débris de l’érosion des Alpes. Par la
suite, un soulèvement important des Alpes et du Mittelland
a délogé les éléments rocheux qui venaient de s’y déposer.
Le réseau hydrographique a dû s’adapter à son tour à la
surrection et aux déplacements du sous-sol. L’Aar préhistorique formait autrefois un large arc vers l’ouest et s’écoulait
en direction du Sud de la France et, de l’autre côté, le Rhin
était un affluent du Danube et de la mer Noire. Ce n’est
qu’au fil du temps que se sont formées les lignes de partage
des eaux et les bassins versants d’aujourd’hui.
Lorsqu’un refroidissement global est survenu il y a 2,5 millions d’années environ, de nouvelles forces sont entrées en
jeu. Avec la détérioration progressive du climat, les premiers
glaciers de hautes montagnes ont avancé vers l’avant-pays,
puis ont reculé à nouveau avec l’alternance de périodes
froides et chaudes. Ce rythme s’est intensifié il y a environ
800 000 ans, mais l’on ignore à quelle fréquence. Les traces
de périodes glaciaires plus anciennes ont été en partie ou
Gorges de Choleren, Adelboden
Témoin des forces érosives de l’eau sous un glacier
Adelboden Tourismus
Lors du retrait des masses glaciaires, les bassins et gorges
rabotés par le glacier se sont remplis de débris d’éboulement
charriés puis déplacés par les eaux de fonte. Ces processus
sont encore à l’œuvre aujourd’hui: les dépôts de sédiments
des ruisseaux et des rivières, les glissements de terrain et
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les laves torrentielles faisant suite à de fortes précipitations
font de nous des témoins de la manière dont les déséquilibres hérités sont constamment réparés et comblés dans
les formes du relief. Jusqu’ici, les très grandes et profondes
cuvettes défient certes le comblement et forment des lacs
qui embellissent nos paysages. Les crevasses et affouillements les plus importants ont été formés par le glacier de
l’Aar sur l’axe reliant le lac de Brienz à celui de Thoune.
Certes, on n’en connaît pas la profondeur exacte puisque
les terrains meubles des bassins n’ont pas été forés dans
leur épaisseur totale à l’heure actuelle, mais les méthodes
d’exploration géophysique indiquent que l’assise rocheuse
se trouve au-dessous du niveau de la mer.
La somme de l’ensemble des actions des cinq derniers millions d’années est réunie dans notre carte du toit du rocher,
mais il faut garder à l’esprit qu’il s’agit d’une image virtuelle. Il
n’y a jamais eu d’état de mise à nu totale avant que ne commence le recouvrement par des terrains meubles. L’érosion
et la sédimentation se sont déroulées simultanément, mais
pas aux mêmes endroits.
Le relief du rocher naissance sur écran
Dans l’établissement de la carte du toit du rocher, chaque
étape a produit des couches thématiques particulières, qui
ont pu être reprises directement. Leur superposition donne
à cette carte son aspect final. Les différentes couches ont
été formatées à l’aide de trames, de lignes et de points.
Le thème principal – le toit du rocher – est représenté par
une trame. Comme pour une carte topographique, un
estompage du relief lui confère une apparence plastique
tridimensionnelle. Les lignes représentent les courbes de
niveau de la surface du rocher (isohypses du rocher). Elles
favorisent la représentation tridimensionnelle et, lorsqu’elles
comportent des inscriptions, elles assurent une meilleure
lisibilité de la trame sous-jacente. Tout en haut de la carte,
nous avons projeté les sondages utilisés sous forme de
points et nous avons également joint le profil de plus de
12 000 forages au format PDF.
Pour produire la carte, les niveaux thématiques ont été traités dans l’ordre inverse de la superposition:
Les sondages ont d’abord été préparés sous forme de base
de données. Dans la plupart des cas, il s’agit de profils de
forage que nous avons rassemblés et numérisés dans le
service de documentation hydrogéologique. Lorsqu’un forage a atteint le rocher, il fournit alors un point défini en trois
dimensions par les coordonnées x, y et z. Pour les forages
qui n’ont pas atteint le rocher, on ne dispose, pour la dimension de la profondeur, que de l’intitulé «cote du rocher plus
profonde que z» (où z = profondeur finale du forage), mais
cette information peut elle aussi être utilisée. Sur la carte,
on distingue ces deux cas par des couleurs différentes: les
points rouges représentent les forages avec cote du rocher,
et les blancs, ceux qui n’ont pas atteint le rocher.
Dans une première étape de travail, nous avons généré les
lignes des isohypses du rocher espacées de 10 mètres. Les
cotes de rocher ou les profondeurs finales des forages ont
été utilisées comme repères pour le tracé de la ligne. Vu les
résultats décevants de la phase pilote, nous avons renoncé
Echantillon d’un forage carotté. Longeur du caisson deux mètres, toit du
rocher à trente-cinq centimètres.
Werner + Partner, Burgdorf
à l’interpolation automatique des lignes entre les points. A
la place, nous avons édité manuellement les isohypses du
rocher. Dans les régions à faible couche de couverture, les
isohypses du rocher ne sont pas très éloignées des lignes
d’altitude de la surface du terrain. Aux endroits où l’épaisseur de la couche de couverture devient importante, mais
où l’on ne dispose pas de résultats de forage, il faut s’attendre à de grands écarts entre le toit du rocher réel et notre
modèle d’interprétation.
Si la première étape consistant à produire les isohypses
du rocher a représenté une charge de travail importante,
l’étape suivante, permettant de générer la trame du toit du
rocher, a été beaucoup moins laborieuse. Un outil standard
de traitement des données dans les systèmes d’information géographique (SIG) a permis de calculer cette surface,
qui vient épouser les isohypses du rocher. Nous avons généré un quadrillage de 10 x 10 mètres, ce qui représente
10 000 cellules par kilomètre carré. Chaque cellule contient
une valeur pour l’altitude moyenne de la surface du rocher
(m au-dessus du niveau de la mer). Ces données et une
simple soustraction, à savoir «modèle numérique de la
surface de terrain moins cote du rocher», nous ont permis
de calculer l’épaisseur de la couche de couverture. Ce niveau thématique est également représenté sous forme de
trame. La fourchette de valeur des épaisseurs de la couche
de couverture est très large et s’étend de 0 à 600 mètres,
ce qui exigeait une préparation cartographique à l’aide de
catégories de différentes couleurs. Nous avons sélectionné
les limites de catégories de manière à obtenir une meilleure
résolution pour les couches de couverture peu épaisses, qui
représentent le cas le plus fréquent.
Les déblais d’un forage destructif sont prélevés au rythme de l’abaissement (tous les deux mètres). C’est alors la tâche délicate du géologue
d’en déduire un profil en continu.
Baustofflabor, Uetendorf
L’ensemble de ce travail ne pouvait être réalisé avec les ressources en personnel limitées de l’administration cantonale.
Le traitement des données initiales fournies par nos soins a
été effectué à l’Institut de géologie de l’Université de Berne.
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L’Assurance immobilière Berne a soutenu le projet de carte
du toit du rocher par une généreuse contribution de parrainage. Nous tenons à adresser tous nos remerciements à
ces deux institutions.
Participent également au projet tous ceux qui nous aident à
constituer la base de données géologique en nous indiquant
leurs projets de forage et en mettant à notre disposition les
profils et les rapports une fois ces forages menés à bien. Il
nous manque probablement encore trop de données pertinentes pour améliorer cette carte du toit du rocher d’une
part, mais aussi la carte des eaux souterraines d’autre part.
Nous aurons atteint un objectif important si nous parvenons,
par cette contribution technique, à convaincre notre lectorat
de l’intérêt de la collaboration avec le service de documentation hydrogéologique.
La carte du relief du rocher conseils d’utilisation
La carte du toit du rocher est une carte prévisionnelle comportant de nombreuses incertitudes. Si elle permet de lire
des résultats au mètre près, ils ne doivent pas être utilisés
à titre de valeurs nominales, mais de valeurs indicatives.
Leur fiabilité peut se résumer par une formule simple: plus le
nombre de sondages disponibles est important et moins la
couche de couverture est épaisse, plus l’affirmation relative
à la situation de la surface du rocher sera fiable.
Les principales sources d’erreurs sont les suivantes:
• le dessin manuel des isohypses du rocher ne peut souvent se baser que sur un nombre très limité de points et
permet différentes représentations;
• des surfaces rocheuses érodées en profondeur compliquent le tracé de la frontière entre roches meubles et
rocher;
• en cas de forages destructifs (norme pour les sondes
géothermiques), le profil de forage doit être enregistré à
l’aide de déblais de forage; la délimitation entre roches
meubles et rocher est alors souvent difficile;
• l’imprécision des coordonnées du site et des cotes de
terrain fausse le toit du rocher;
• en cas de déplacements de masses tels que des glissements de terrain, des tassements ou des éboulements, la
délimitation roches meubles/rocher est particulièrement
incertaine. Dans ces cas-là, nous avons généralement
pris des cotes de rocher proches de la surface.
Cette dernière incertitude concerne tout d’abord le paysage
alpin, où peu de profils de forage sont disponibles. Nous
avons donc restreint la représentation du toit du rocher de
l’Oberland bernois aux vallées principales fortement peuplées, mais traitons en revanche l’ensemble du territoire
du Mittelland et du Jura bernois. La carte du toit du rocher
couvre ainsi 61 pour cent de la superficie du canton.
Dans les cinq mois et demi qui ont suivi la publication de la
première version de la carte du toit du rocher dans le géoportail du canton de Berne, 192 nouveaux forages ont été
réalisés dans la roche, permettant une comparaison avec la
modélisation du toit du rocher. La répartition entre les trois
catégories «rocher moins profond que prévu», «rocher plus
profond que prévu» et «prévision exacte» est équilibrée; il
faut souligner que nous avons défini une tolérance particu01.10.2015
lièrement faible de ± deux mètres pour la catégorie «prévision exacte».
34 %
32 %
moins profond (10.8/12.3/79)
plus profond (10.6/11.5/69)
exact (± 2)
34 %
Diagramme d’évaluation concernant 192 forages avec cotes du rocher.
Entre parenthèses, mesurés en mètre: valeur moyenne de l’écart par
rapport à la valeur prévue de la carte du toit du rocher / écart-type / plus
grande valeur aberrante de la catégorie.
La carte du toit du rocher peut rendre de grands services
dans différents domaines : elle livre des indications sur le
sol pour les fondations de bâtiments et d’infrastructures
dans le domaine des travaux publics. Pour l’évaluation
de la sécurité sismique des bâtiments et des ouvrages
d’art, il est également important de connaître l’épaisseur
de la couche de couverture et sa composition. Elle facilite également l’évaluation et l’exploitation des réserves
pour les carrières et les gravières. Les forages pour les
sondes géothermiques sont quant à eux plus simples à
planifier et permettent au chauffagiste de mieux adapter
l’installation aux besoins en énergie. La carte du toit du
rocher pose enfin à la recherche scientifique la question
des processus d’érosion et du remblai des ravines.
Cette carte complète l’offre actuelle de notre base de données géologique. Grâce à sa présentation sous forme de
trame, elle va encore plus loin et ouvre la voie aux évaluations tridimensionnelles, qui présentent encore un grand
potentiel inexploité.
Carte dans le géoportail
Christian Isenschmid
Service de documentation hydrogéologique
Office des eaux et des déchets
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