recherche d`eau en contexte volcanique etude de - Infoterre
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RECHERCHE D'EAU EN CONTEXTE VOLCANIQUE ETUDE DE QUATRE BASSINS VERSANTS GUADELOUPE, PETITES ANTILLES TELEDETECTION ET CROISEMENT DE DONNEES NULTISOURCES Philippe DUTARTRE Georges DELPONT avec la collaboration de Christophe CHARRON R 30386 TED SGN 90 RESUME L'alimentation en eau de la partie Sud de la Basse-Terre (Guadeloupe) est essentiellement dépendante du captage des eaux de surface. La pollution des eaux en période de crues et les difficultés d'alimentation en période de sécheresse sont des problèmes qui pourraient être résolus par une diversification de la ressource, apportée par une exploitation des eaux souterraines par forage. C'est donc dans un double objectif de description et compréhension des paysages soumis à l'érosion, pour la sélection de zones favorables à l'implantation de forages, qu'est abordée cette étude par télédétection de la Basse-Terre. L'étude des principaux facteurs induisant les phénomènes érosifs est abordée par une analyse multicritère appuyée sur la mise en oeuvre de données multisources. A cette fin une base de données image est générée, intégrant dans un même système de référence géographique, des données multispectrales Spot et des informations cartographiques relevant de la géologie, la pédologie, la climatologie et la végétation. L'intégration à l'image satellitaire de ces différentes données montre que le processus d'érosion est très lié au degré d'arrosage du milieu et à la fracturation. Par contre, les variations pétrographiques du matériel géologique ne semble pas jouer un rôle déterminant. Mots clés : Bassin versant, Hydrogéologie, Erosion, Imagerie Spot, 3D, Soufrière (Guadeloupe), Données multisources. SOMMAIRE R E S U M E 1. AVANT-PROPOS 2. GENERALITES 2.1. Situation géographique 2.2. Géodynamique régionale 2.2.1. L'arc ancien 2.2.2. L'arc actuel 2.2.3. Cause de l'arrêt de l'activité vol 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. Eléments volcaniques et géologiques de la Contexte climatique La végétation Conclusion 3. LES BASSINS VERSANTS ETUDIES 3.1. La côte sous le vent 3.1.1. Le bassin de Beaugendre 3.1.1.1. La géologie 3.1.1.2. La pédologie 3.1.2. Le bassind e St-Louis-Baillif 3.1.2.1. La géologie 3.1.2.2. La pédologie 3.2. La côte au vent 3.2.1. Le bassin de Capesterre-Pérou 3.2.1.1. La 3.2.1.2. La 3.2.2. Le bassin 3.2.2.1. La 3.2.2.2. La 3.3. Conclusion géologie pédologie de Goyave géologie pédologie A. LES DONNEES UTILISEES 4.1. Informations de niveau 1 4.1.1. Image Spot 12 12 12 4.1.1.1. Transformation géométrique 12 4.1.1.2. Amélioration d'image 12 4.1.2. Les données exogènes 4.1.2.1. Les données altimétriques 4.1.2.2. Le réseau hydrographique 4.1.2.3. La géologie et la pédologie 4.1.2.4. La climatologie 4.2. Informations de niveau 2 4.2.1. La carte des pentes 4.2.2. Images dérivées des données satellitaires 4.2.2.1. L'image classée de la végétation 4.2.2.2. Les discontinuités images 4.3. Informations de niveau 3 : croisements d'images multisources 4.3.1. Incrustation d'image 4.3.2. Mixage de données : les vues en perspectives 5. ANALYSE DE LA BASE DE DONNEES IMAGE 5.1. Méthodologie d'approche 5.2. Analyse des informations de niveaux 1 et 2 12 13 13 13 13 13 13 13 13 16 16 16 16 23 23 23 5.2.1. La végétation 23 5.2.2. La "fracturation" 23 5.3. Analyse des informations de niveau 3 5.3.1. 5.3.2. 5.3.3. 5.3.4. 5.3.5. 6. CONCLUSION BIBLIOGRAPHIE Le La La La La réseau hydrographique fracturation climatologie et le relief géologie pédologie 25 25 25 26 26 26 30 32 - 1- 1. AVANT-PROPOS La présente étude est financée par le comité des utilisateurs de la Télédétection. La mise en oeuvre des travaux de traitement d'image et l'analyse des données ont été réalisées avec le concours de Ch. CHARRON, stagiaire BRGM en Télédétection, dans le cadre de la préparation d'un DESS organisé par la Faculté de Paris VI et le GDTA. De nombreux éléments du présent rapport sont extraits du mémoire soutenu par Ch. Charron en Juillet 1989. Le thème de cette étude s'inscrit dans le cadre des recherches de télédétection jugées prioritaires, traitant des problèmes liés à la recherche d'eau en milieu volcanique. En Guadeloupe et plus particulièrement sur la Basse-Terre des phénomènes érosifs sont responsables de la pollution des eaux de consommation à certaines périodes de l'année. Leurs conséquences quant aux modifications du milieu naturel et à leurs impacts sur le mode de vie des populations impliquent la mise au point de nouvelles approches de prospection. La première phase de la démarche consiste à préparer un ensemble de documents constituant une base de données image qui s'inscrit dans un système de référence géographique unique. L'interprétation des données mises en forme conduit à dégager les principaux critères qui contrôlent les phénomènes d'érosion sur la partie Sud de la Basse-Terre. - 2. 2 - GENERALITES 2.1 Situation géographique La Guadeloupe fait partie de l'archipel des Antilles qui sépare la Mer des Caraïbes de l'Océan Atlantique. La Guadeloupe comprend deux lies jumelles séparés par un chenal marin, la Rivière Salée: La Basse Terre, ou Guadeloupe sensus stricto, avec une superficie de 940 km2 et la Grande Terre avec 570 km2. 2.2 Géodynamique régionale L'ile se situe sur la "Dalle Caraïbe" qui doit son origine au mouvement des plaques continentales lors de l'ouverture de l'Atlantique Sud. La plaque Caraïbe qui nait dans le Pacifique il y a 120 millions d'années migre vers l'est entre les continents d'Amérique du Nord et du Sud dans l'ancien détroit téthysien. Elle bute dans sa partie Nord contre la plateforme de Floride et des Bahamas. Cette collision aboutit à l'extinction du volcanisme des Grandes Antilles, limitant la zone de subduction aux Petites Antilles. L'arc se divise en deux tronçons au Nord de la Martinique. Les branches Nord-Est et Nord-Ouest sont séparées par la dépression de Kallinago. Les parties Ouest et Sud de la ride constitue l'arc volcanique le plus récent (figure 2.2). 2.2.1 L'arc ancien Il est formé de dépôts tuffaces et de calcaires qui l'Eocène moyen au Pleistocene (Martin KAYE 1969). s'étagent Les affleurements de roches volcaniques et plutoniques sont entre 1'Eocene terminal et la base du Miocène (NAYLE et al 1976). de datés L'activité volcanique de l'arc ancien ou arc externe débute à l'éocène inférieur (50 millions d'années) et s'achève à la fin de l'Oligocène (30 millions d'années). Les complexes récifaux vont se développer ensuite dans cette partie Nord Est de l'Archipel (figure 2.2). 2.2.2 L'arc actuel Son édification débute au Miocène inférieur (22 millions d'années) et continue jusqu'à nos jours : huit volcans sont en effet considérés comme encore actifs. Cet arc interne voit son activité aérienne reconnue à partir du Miocène moyen. Dans la partie Sud de l'arc, les branches internes et externes sont confondues. Les données géologiques permettent de conclure à un arrêt de l'activité volcanique de 8 millions d'années lors du passage de l'arc externe à l'arc interne (figure 2.2). - 3 Figure 2.2 ARC INSULAIRE DES PETITES ANTILLES (Bouysse 1987) 65e 8.7 r 30° •31 •19° Por t o - R i c o s ^ « ' ^ ••^' Anquí I la \ N « I V Martin S'Croix C * " S 1 Chr i st ophe i Nèwis *0 Barbuda. "^Antigua \ \ QMarie \ Galant« \ •15° £>barbade 1 Gr« n a d e y j £? y tobago trinidad 10° 2O0 60 e Arc volcanique Branch. Prisme Contact trace S«* récent N E de lare sedimentaire antra las en surface ane.en (arc de Barbada plaquas du la ancien) Caraiba front de «t Atlantique deformation - 4 - 2.2.3 Cause de l'arrêt de l'activité volcanique L'arrêt de l'activité volcanique dans la moitié Nord de l'arc, à l'Oligocène inférieur, peut s'expliquer par des blocages de la subduction causés par des fragments de croûte océanique. La pente du plan de Benioff se trouve modifiée et la reprise du volcanisme s'effectue au Miocène, en arrière de l'arc précédent (figure 2.2.3). Dans une moindre mesure les rides actuelles de Tiberon et de Barracuda suivent le même phénomène. 2.3 Eléments volcaniques et géologiques de la Guadeloupe Les formations géologiques des deux iles composant la Guadeloupe doivent chacune, leur origine au volcanisme de l'un des deux arcs. Le volcanisme de la Basse Terre est originaire de l'arc interne. L'âge des formations géologiques montre une évolution du volcanisme du Nord vers le Sud. Le complexe de base (andésites ?) se serait mis en place il y a 3,5 millions d'années à l'extrémité septentrionale. L'apparition du dôme des Deux Mamelles, vers 1 million d'année, termine ce premier ensemble. Les pitons de Bouillantes, Sans-Toucher et le Mont Capesterre forment l'ensemble de la chaine axiale dont la mise en place s'étale entre 1,5 million d'années et 0,6 million d'années. L'activité des Monts Caraïbes débute à cette période, tout d'abord sous marine puis sub-aérienne. Le massif est constitué de cendres et de brèches surmontées par des coulées andésitiques massives. La chaine de Bouillante s'établie le long de la cote entre Mahaut et le Mont Caraïbe. La mise en place de cet ensemble volcanique dure 700.000 ans environ, entre 0,18 et 0,15 million d'années. Vers 0,3 million d'années la chaine subit un pivotement autour d'un axe situé dans la région de Vieux Habitants. antihoraire Le complexe volcanique Madeleine Soufrière s'édifie entre 0,2 et million d'années. Deux hypothèses sont envisagées: 0,14 - La première met en avant l'édification de deux unités principales : le volcan de la Grande Découverte et un ensemble de centres éruptifs, la Madeleine. - La seconde propose la mise en place d'un axe volcanique N. NW-S.SE le long duquel s'élèvent les différents appareils. L'événement le plus important est celui de la phase Grande Découverte qui voit s'ériger l'essentiel du volume du Massif de la Soufrière par la mise en place de coulées andésitiques. L'épisode Plinien de Pintade, qui achève cette première phase voit l'effondrement de la partie somitale du massif. Le volcanisme se poursuit par la construction du volcan de Carmichaël dans l'enceinte du volcan de la Grande Découverte. Le dôme de la Madeleine prend le relais de l'activité volcanique avec un épanchement important de laves andésitiques visqueuses. La phase Soufrière sensus stricto débute vers 10000 ans BC avec l'édification de plusieurs appareils, l'Echelle, le Gros Fougas, l'Amie, la Citerne. Figure 2.2.3 EVOLUTION GEODYNAMIQUE DE L'EST CARAÏBE arc externe ride d'Aves ¡¿¿i," croûte Atlantique ! bassin de Grenade ride I.0MJ compensée 28tta 22rto ride non-compensee 10Ma D'après Ph. Bouysse et D . Westercamp •Evolution géodynamiqut dt l"Kit-Caraïbt depuis IXocint (tn coup*) : ekronologu tt M U M du tout du front uoUaniçu* dt lare txttrnt 4 Ihre intern«, dan» la mottU nord dit PtOUê AnOlUl. a : eituation è fEocènc cl i l'Oligocène inféritw : foncUonntment d« Tare alterne, b : butée pvua sous-charriage d'un« ridecoinpenaéc : blocage momentane du phénomène de convergence . e : plongement puia séparation da la plaqua «n subduction, rapru« du sous-charriagt en arriére de la ride et collage tous la plaque Caraiba du tronc,on de croule atlanuqu« iaolé. d : reprise du volcaniama au Miocene inférieur en arriére du précédant arc volcanique (aaut arc n u r n i -»arc inurne ). e : édification de l'arc interne et subduction de rides océaniques non compensées. Figure 2.3 - 6- APERCU GEOLOGIQUE DE LA GUADELOUPE 62° 61°30 I Les S a inttï l,K;;;;i..,\ D o m i ni q u e .I:I;:''.;¡!* 7 F~l? Formation volcanosedimentaire mdifirenciee de l'arc ancien Massif Septentrional Formation volcancsedimentaire indiffrenciee de l'arc ^ ^ ^ C h a m e Axiale actuel Chaîne de Bouillante Massif de la Souînere I I Mcnts Caraïbes • ''\ Complexe volcanique de base - 7 La mise en place du dôme de la Soufrière débute par deux phases de nuées ardentes avec émission de lahars. Débute alors la période historique du volcanisme du massif (figure 2.3). 2.4 Contexte climatique La position de l'Ile par 61° de longitude ouest et de 16* de latitude Nord lui confère un climat tropical humide. Les alternances de prédominance de l'anticyclone des Açores et de la zone de dépression équatoriale déterminent une alternance de saison sèche ou "Carême" et de saison humide ou "hivernage". La majorité des précipitations tombes entre juillet et octobre. Les vents dominants ou alizés, saturés en vapeur d'eau, arrivent selon une direction Nord Est. La barrière naturel Nord Sud que constitue la succession de massifs volcaniques entraine une précipitation abondante sur le versant Est ou "côte au vent", la "côte sous le vent " étant moins arrosée. Selon Alain de REYNAL de ST MICHEL (1966) l'isohyete des 2000 millimètres est équivalent à l'évapotranspiration annuel du sol. Sur le versant ouest la bande délimitée entre l'isohyete des 2000 millimètres et la mer présenterait un bilan déficitaire d'alimentation en eau. 2.5 La végétation La répartition de la végétation est pour liée aux conditions climatiques. une large part directement La côte au vent exposée à une pluviosité importante voit se développer des séries mésophiles à partir du rivage pour laisser place à partir de 100 mètres d'altitude à une végétation tropicale de moyenne altitude avec des séries hygrophyles. La côte sous le vent ne développe ce type d'étagement de la végétation qu'à partir de 200 à 250 mètres Sur une bande de 2 à 3 km le long de la côte Caraïbe se développe succession d'espèces xérophyles typiques des milieux secs. une 2.6 Conclusion La mise en place de la Basse-Terre se déroule du Nord vers le Sud, dans le temps et dans l'espace. Les formations géologiques ne diffèrent pas fondamentalement entre elles. La pluviosité varie de façon sensible entre les côtes Atlantique Caraïbe, de même que la végétation qui s'étage de façon différente. et - 8 - 3. LES BASSINS VERSANTS ETUDIES Quatre bassins versants représentatifs des paysages morphologiques la côte au vent et sous le vent sont choisis comme sites tests d'étude. de A l'Ouest se sont ceux des rivières Beaugendre et St Louis et à l'Est, ceux de Capesterre-Pérou et Goyave (Planche 3). 3.1 La côte sous le vent 3.1.1 Le bassin de Beaugendre Il s'agit d'un bassin de petite taille relativement compact, affecté de fortes pentes. Les principaux affluents de sa partie aval sont les ravines des Femmes et ravines Thomas. 3.1.1.1 La géologie Le bassin versant est formé de l'ancien cratère de l'édifice des pitons de Bouillante. Le volcanisme d'âge Pliocène serait pour certains lié à des phases explosives très importantes. Pour d'autres, A.GADALIA et al., la dépression de Beaugendre ne serait pas une ancienne caldera, mais le résultat de glissements qui se seraient déclenchés au contact de la partie basale sous-marine de la chaine axiale et des coulées aériennes sus-jacentes. Le fond de la vallée est essentiellement constitué andésitiques soulignées par le réseau hydrographique. de formations 3.1.1.2 La pédologie Les hauteurs et les fortes pentes sont recouverts de sols de type ferralitiques à halloysite. En général se sont des sols assez compacts. Vers le fond de la vallée, ils évoluent vers des sols fersiallitiques puis vers des vertisols en zones côtières sèches. La circulation de l'eau sur ces zones de transition est superficielle. Elle s'accompagne de dépôts sableux importants dans la partie aval de la rivière Beaugendre. 3.1.2 Le bassin de St Louis-Baillif Il est constitué de la rivière de St Louis et de la branche principale de la rivière de Baillif en amont de l'intersection avec la ravine Borróme. 3.1.2.1 La géologie Le bassin dans son ensemble est constitué d'un substratum formé par des produits de la chaîne axiale qui affleurent sur toute la ligne NE SW qui partage le bassin en deux. La partie Sud est également divisée en deux blocs : assms w-Pérou 0 Planche 3 SITUATION GEOGRAPHIQUE DES BASSINS VERSANTS 5 km - 10 - - Le bloc Est formé de coulées andésitiques volcanisme de la Grande Découverte. massives provenant du - Le bloc Ouest composé de débris d'effondrements de la Caldera de Grande Découverte liés à une éruption datée d'environ 11000 ans. la 3.1.2.2 La pédologie Les sols sont riches en allophane et favorisent la rétention de l'eau. Dans la partie basse du bassin se développe un sol à halloysite typique d'un climat humide à saison sèche marquée. que 3.2 La côte au vent 3.2.1 Le bassin de Capesterre-Pérou Il s'agit d'un bassin très allongé de direction Est Ouest. Les deux rivières principales (Capesterre et Pérou) prennent leur source au niveau des massif de Carmichaël et de la Grande Découverte. 3.2.1.1 La géologie Comme sur le bassin de St Louis Baillif, des formations de la chaine axiale affleurent essentiellement. Le haut du bassin est constitué d'un revêtement de coulées andésitiques massives appartenant au volcanisme de la Grande Découverte associées à des dépôts de moindre importance de l'épisode de Carmichaël. 3.2.1.2 La pédologie La partie haute du bassin est constituée de sols à allophane (typiques des climats humides à saison sèche peu marquée) évoluant vers la pointe Capesterre à des sols ferralitiques et à halloysite. 3.2.2 Le bassin de Goyave La forme de son réseau hydrographique est identique à celle du bassin de Capesterre Pérou. L'allongement du bassin est Nord Est Sud Ouest. Il débute au niveau du massif de Mateliane. 3.2.2.1 La géologie Le bassin de Goyave comprend essentiellement des matériaux pyroclastiques,affleurant surtout dans les parties hautes. La plaine est recouverte de remaniements quaternaires qui masquent le Complexe de base. D'importantes terrasses alluviales se sont développées dans le lit de la rivière Goyave. - 11 - 3.2.2.2 La pédologie Les sols ferrallitiques friables couvrent toute la zone considérée ici. Ils dérivent de complexes volcaniques anciens. Le sol est rendu assez perméable. IL est même pourri dans certains secteurs. 3.3 Conclusion La géologie des bassins choisis ne entre les versants Atlantique et Caraïbe. La pédologie à contrario diffère évolue au sein d'un même bassin. varie pas de façon beaucoup d'un bassin conséquente à l'autre et - 12 - 4. LES DONNEES UTILISEES Afin de constituer une base de données image sur le secteur Sud de la Basse-Terre, les données utilisées sont numérisée. Tous les documents sont mis en conformité géométrique avec le fond topographique IGN à 1/50000 qui sert de référence géographique. 4.1 Informations de niveau 1 4.1.1 Image Spot 4.1.1.1 Transformation géométrique L'image multispectrale Spot de la Basse-Terre utilisée, a été acquise en Décembre 1986 en visée verticale. Commercialisée en qualité "IB", le défaut de prise de vue de l'instrument, les défauts du vecteur ainsi que ceux liés au mouvement de la terre, sont pris en compte dans une phase de prétraitement. Afin de travailler sous un système de référence géographique commun à toutes les données qui sont utilisées, une première phase de traitement de l'image Spot consiste à la mettre en conformité géométrique avec la carte IGN à 1/50000. Deux nouvelles images sont calculées : l'une par un reéchantillonnage au plus proche voisin qui ne modifie pas les valeurs radiométriques des pixels, l'autre par un réechantillonnage bicubique qui nécessite une interpolation des valeurs radiométriques entre deux pixels initiaux voisins. 4.1.1.2 Amélioration d'image Plusieurs techniques d'amélioration d'image sont utilisées génération de documents destinés à l'interprétation visuelle : pour la - Amélioration de dynamique selon un étalement linéaire. - Optimisation locale de dynamique utilisée pour déboucher 1'image en valorisant régionalement l'information présente. - Rehaussement spatial ou piqué utilisé pour améliorer la distinction de deux objets voisins. 4.1.2 Les données exogènes Pour permettre une approche multicritère, les l'image sont mises sous forme numérique et placées référence géographique commun que constitue le fond 1/50000. données exogènes à dans le système de topographique IGN à Les données cartographiques sont saisies à l'aide d'une table à digitaliser. Les lignes et limites, saisies en mode vecteur, sont rastérisées (pixels). Après remplissage des contours, les images constituées sont mises dans le système géométrique de référence. - 13 - 4.1.2.1 Les données altlmétriques La réalisation d'un modèle numérique de terrain consiste à coder sous forme numérique les côtes altimétriques dont la position géographique est connue. Dans le cas de la réalisation d' un MNT à partir d'un fond topographique existant, l'image est obtenue après digitalisation des courbes de niveau et interpolation linéaire selon les lignes et les colonnes. 4.1.2.2 Le réseau hydrographique Le réseau est extrait pour les quatre bassins versants étudiés du fond topographique IGN et numérisé afin d'effectuer des calculs statistiques pour faire ressortir les direction principales. Le réseau est hiérarchisé (méthode de Strahler) puis squelettisé (figure 4.1.2.2). Seuls les éléments d'ordre 1 et 2 sont l'objet d'une analyse (fréquence en nombre cumulé, fréquence en longueur cumulée). 4.1.2.3 La géologie et la pédologie Les informations les plus récentes disponibles sont relatives aux bassins de St Louis Baillif et Capesterre-Pérou. Les données thématiques sont tirées de la carte géologique du BRGM de 1987 et de la carte pédologique de l'ORSTOM de 1982. Toutes deux sont à l'échelle de 1/20000. Les données relatives aux deux bassins versants sont mises d'images dans le système de référence géographique choisi. sous forme 4.1.2.4 La climatologie Les informations pluviométriques sont issues de la carte de courbes isohyetes ORSTOM au 1/100000 de 1982. N'ont été saisies que les informations concernant la partie Sud de la Basse-Terre. 4.2 Informations de niveau 2 4.2.1 La carte des pentes La carte des pentes est calculée à partir du modèle numérique de terrain. Un histogramme de l'image générée permet d'établir une échelle comprise entre 0% et 100% de dénivelé. 4.2.2 Images dérivées des données satellitaires 4.2.2.1 L'image classée de la végétation Une classification des grands types de végétation est effectuée s'appuyant sur une interprétation visuelle d'une image trichromique. Un coloriage par pseudocouleurs de l'image classée est effectué assurer la lisibilité des résultats (Planche 4.2.2.1). en pour ATION D'APRES L'IMAGE REFERENCES CARTE OOHINAHCE DE LA VEGETATION NATURELLE VEGETATION t HESOPHILE VEGETATION 2 VEGETATION 3 HY8R0PHILE VEGETATION 5 VEGETATION G AOOACOLTOPE DOMINA NCE DES COL TORES COL TOPE t CUL TOPE 4 MESOPtfUE COL TORE $ COL TOPE 2 XEROPHILE SOLS NOS 3 COL TORES EN FRICHES SOLS NOS 2 XEROPHILE SOLS NOS S 'ON SUPERVISEE 0 5km i Planche 4.2.2.1 IMAGE CLASSEE DE LA VEGETATION Figure 4.1.2.2 RESEAU HYDROGRAPHIQUE DES BASSINS TEST LEGENDE ORDRE 1 ET 2 ORDRE 3 ET 4 ORDRE 5 ET 6 V ^ VJFUX HABITANTS Classification de Strahler I CAPESTERK BASSE-TERRE II Hiérarchisation du reseau ECHELLE 1/140000 - 16 - 4.2.2.2 Les discontinuités images A partir de l'image restituée à 1/50 000 sont reconnues visuellement des discontinuités majeures pouvant représenter des fractures ou des failles. Ces données sont à leur tour rastérisées pour produire une image de "fracturation" superposable à l'image Spot. Une carte de la densité de fracturation est enfin calculée. La lisibilité du produit final est assuré par un coloriage en pseudocouleurs (Planche 4.2.2.2). Un traitement statistique est appliqué à la déterminer les familles directionnelles majeures. "fracturation" afin de 4.3 Informations de niveau 3: croisements d'images multisources 4.3.1 Incrustation d'image L'image Spot risées : est croisée avec un certain nombre de données rasté- - la carte géologique (planche 4.3.1.A), - la carte pédologique (planche 4.3.1.B), - la carte de fracturation (planche 4.3.1.C). De même,la carte de fracturation pentes (planche 4.3.1.D). est-elle incrustée à la carte des Ces croisements s'effectuent par opérations logiques. 4.3.2 Mixage de données : les vues en perspectives Le résultat du mixage de données peut-être exprimé sous la forme de néo-images. Ces néo-images matérialisent une information nouvelle issue d'un processus calculatoire combinant des sources de natures différentes. Les vues en perspective sont un exemple de mixage de données intégrant : un angle de prise de vue, une échelle tridimentionnelle de représentation de l'information, un modèle numérique de terrain et une image thématique. Huit vues obliques calculées sous différents angles sont générées (Planche 4.3.2). La morphologie des différents bassins est mieux appréhendée . 0 Planche 4.2.2.2 CARTE DE LA DENSITE DES DISCONTINUITES IMAGE 5 km 5km Planche 4.3A.A INCRUSTATION DES DONNEES GEOLOGIQUES A L'IMAGE - 19 - Planche 4.3.Î.B INCRUSTATION DES DONNEES PEDOLOGIQUES A L'IMAGE 10km - 20 - 0 5km Planche 4.3.Î.C INCRUSTATION DE LA FRACTURATION A L 'IMAGE TRICHROMIQUE CROISEMENT DES DISCONTINUITES IMAGES, DE LA CARTE DES PENTES ET DE L'IMAGE SPOT MULTISPECTRALE DE DECEMBRE 1986 (BASSE-TERRE, GUADELOUPE) - 21 - 0 5km Planche 4.3.Î.D INCRUSTATION DE LA FRACTURATION A LA CARTE DES PENTES Planche 4.3.2 MIXAGE DE DONNEES ALTÏMETRIQUES ET RADIOMETRIQUES VUES OBLIQUES - 23 - 5 ANALYSE DE LA BASE DE DONNEES IMAGE 5.1 Méthodologie d'approche Les différents documents présentés ci-dessus ont été générés pour évaluer la nature et l'importance des paramètres qui régissent les paysages de Basse Terre. L'analyse de ces documents a pour double objectif d'étudier les relations entre ces paramètres et de proposer des hypothèses de compréhension des phénomènes hydrogéologiques rencontrés. 5.2 Analyse des informations de niveaux 1 et 2 5.2.1 La végétation La couverture végétale constitue un facteur essentiel pour la description des états de surface observés. Bien développée, elle représente une protection mécanique des sols,un frein au ruissellement et, par là même, à l'érosion. La classification de l'image multispectrale Spot est appuyée sur la carte d'occupation des sol ORSTOM à 1/150 000. Elle prend en compte treize classes de végétation et de sols nus. Elles couvrent les grands types connus de végétation (naturelle et de cultures) : mésophyle et hygrophyle à l'Est, beaucoup plus xérophyle à l'Ouest dans les basses altitudes (Planche 4.2.2.1). Les sols nus mal représentés quantitativement sur l'image sont par contre assez mal différenciés par cette classification effectuée sur des données d'une seule date (nuages, ombres, réponses radiométriques mal différenciées...). Eu égard au ruissellement,l'attention peut être portée sur les sols cultivés dont la reconnaissance par rapport à la végétation "naturelle" est relativement efficace. Vis à vis de l'érodabilité des sols, l'image classifiée permet donc une sélection pertinente et rapide des surfaces les plus exposées. En effet pendant certaines périodes de l'année où les pratiques culturales laissent à nus de grands espaces de sols fragiles. Tel est le cas des bananeraies et des champs de canne à sucre de la côte au vent. 5.2.2 La "fracturation" Sur Basse Terre, les milieux massifs fracturés sont connus pour constituer les meilleurs zones potentielles de recharge (A. BARAT -1987). Les discontinuités images à signification de fractures donc à des éléments essentiels au plan hydrogéologique. correspondent Les discontinuités image, dont certaines sont déjà connues sur les photographies aériennes, peuvent se classer selon trois directions principales N55°E, N95CE, et N125°E (figure 5.2.2). Les directions Figure 5.2.2 ROSACES DES DISCONTINUITES IMAGE SUR BASSE TERRE - 25 - N120°E semblent prépondérantes dans tous le quart Nord-Ouest de l'image. Les structures volcaniques y sont recoupées laissant peut-être supposer un jeu récent de la fracturation. Dans la partie centrale de l'Ile, c'est la direction N100°E qui semble prédominer, direction que l'on retrouve également dans la partie Sud orientale de l'image. L'importance de la direction N120°E est corroborée par des arguments géophysiques: La campagne Seacarib 1 a permis de révéler l'existence d'une faille Nord-Ouest Sud-Est au large de Bouillante (BOUYSSE 1987)."Cet accident aborde obliquement la cote Ouest de la Basse-Terre pour recouper de plus en plus transversalement l'arc insulaire" (BOUYSSE 1987). Entre Marie-Galante et la Basse-Terre une faille sous marine est observée et son prolongement se situerait au niveau du bassin de la rivière Capesterre. Elle s'aligne globalement à terre sur des discontinuités de faible longueur (quelques hectomètres), mais qui s'harmonisent en un grand faisceau traversant toute la Basse Terre. 5.3 Analyse des informations de niveau 3 5.3.1 Le réseau hydrographique Les bassins du versant Ouest (Beaugendre et Baillif) présentent un réseau hydrographique de type dendritique qui peut indiquer l'existence d'un sol et d'une roche homogènes. Le chevelu hydrographique des bassins du versant Est (Capesterre Goyave)se présente de façon parallèle, ce qui peut indiquer la présence fractures qui contrôlent l'écoulement (Figure 4.1.2.2). et de 5.3.2 La fracturation Le tableau synthétique de la figure 5.3.2 reprend les résultats des statistiques obtenues pour le réseau hydrographique et la fracturation. Sur le versant Ouest, les éléments du réseau de drainage des bassins de Beaugendre et de Baillif ne présentent pas statistiquement de relation directe et claire avec la fracturation. Le réseau hydrographique des bassins de Capesterre et Goyave montrent par contre, deux directions communes avec la fracturation: N55°E et N125°E. La première est dominante sur le bassin de Goyave tandis que la seconde l'est sur le bassin de Capesterre. La fracturation sur le versant Est exerce donc un contrôle structural sur le réseau hydrographique qui emprunte certaines directions privilégiées des discontinuités préexistantes du milieu. L'incrustation de la fracturation sur la carte des pentes (planche 4.3.1.D) montre que les "fractures" suivent les vallées marquées par les ruptures de pentes ce qui est particulièrement vrai pour les fractures Nord-Est - Sud-Ouest. Les vues obliques (planche 4.3.2) matérialisent visuellement de manière remarquable ce contrôle structural de l'hydrographie . - 26 - Sur la partie Nord du versant Ouest les alignements sont séquents par rapport aux directions des pentes. Le contrôle structurale de l'érosion parait donc dans cette zone moins décisif que celui donné par des gradiants altitudinaux très forts (pentes moyennes supérieures à 12%). 5.3.3 La climatologie et le relief Ce sont des facteurs prépondérants dans les processus d'érosion. L'influence du climat est d'autant plus importante que l'on se trouve en région montagneuse : la majeure partie des pluies qui arrosent la Basse-Terre se fait sur la partie Est, sur une période moyenne de 5 mois (planche 5.3.3). L'agressivité du climat sur un fort relief favorise l'érosion. Ceci se traduit dans les parties basses du versant au vent par des zones d'accumulation transformées en espaces agricoles. Dans la partie Ouest où les précipitations sont moins abondantes le milieu ne subit pas une dégradation aussi importante. C'est dans cette région Ouest que le relief est le mieux marqué. La zone côtière entre Bouillante et Basse-Terre témoigne de fortes pentes dès les basses altitudes. Il faut donc constater globalement sur Basse Terre une dissymétrie morphologique des faibles tranches altitudinales avec à l'Est un profil qui tend vers l'équilibre près des côtes tandis qu'à l'Ouest les abrupts témoignent d'un processus érosif moins avancé. La carte des pentes et les différentes vues en perspective soulignent bien cette différence morphologique qui existe entre les versants Est et Ouest. Dans le détail,à l'Ouest, le bassin de Beaugendre présente un profil convexe qui, bien qu'avec de fortes pentes, se prête peu à l'action de l'érosion. A l'Est les bassins de Capesterre et Goyave présentent une morphologie différente avec des ruptures de pente fortes au niveau de leur partie haute. Le bassin de Baillif moyennes. montre un profil intermédiaire avec des pentes 5.3.4 La géologie La nature géologique des bassins de présente pas de différences majeures. la cote Caraïbe et Atlantique ne En effet, à nature physique égale (roches massives ou agrégats) les formations géologiques d'âge varié ne se différencient que sur des critères pétrographiques ( basaltes, andésites). 5.3.5 La pédologie Les informations de niveau 3, croisements entre données altitudinales, climatologiques et pédologiques montrent l'existence de relations étroites entre ces trois facteurs. La disposition radiale des entités géologiques séquentes avec la disposition concentrique de la carte pédologique souligne la faible importance de la nature géologique du substratum dans l'évolution Figure 5.3.2 0 TABLEAU SYNTHETIQUE DES DIRECTIONS DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE ET DES DISCONTINUITES 10 20 30 40 50 60 7Q ßO 90 100 110 120 130 1«) 150 160 170 160 BEAUCEIDRE OBDKE1 L BEAUGE1DEE OSDEE1 I OEAUCEIDBE 0HDBE2 L —• BEAUGBIDBE OBDRE2. I î»-< m ST-LOUIS OBDBE1 L ST LOUIS OSDRE1 1 « • ST-LOU1S 0BDBE2 L Η<—» CT-LOUIS OEDHE2 I CAPESTEBEE ORDRE1 L CAPESTEBEE OBDBE1 I CAPESTERBE OÏDBE2 L : CAPESTEHEE >—< > • > «—_> « > ». > • —- > 0. > J>~< m— ?» <—t 1. < •—• m » > > <—« >—«— > s—<— <—• •—»— » • m > •—;-~*—• < Importance des pics • majeure • moyenne 1 • faible CAPESTEHEE 0BDBE3 L CAPESTEE8E 0BDBE3 I COÏAVE OBDEE1 L COïAÏE OBDBE1 1 COYAVE 0BDEE2 L CflTAVE OBDHE2 I DIIAÏUTIIUITES 1. lMSUNflllUITES 1 S—~< —• =>—£ • • 5~É >—< • •— > < • -> < ->—Í • > —< • —ï* 9—>_^ < •c * •— ¿*—< - 28 - des sols, climat. comparée à celle beaucoup plus manifeste du couple altitude- Une relation entre pédologie et végétation est également mis en évidence. Dans le bassin de Capesterre par exemple,le passage d'un sol ferralitique à un endosol se traduit, pour un même niveau altitudinal, par une évolution du couvert végétal d'un type hygrophile à un type mesophile. Mais de façon générale,la végétation est très liée au niveau altitudinale, xerophile ou mesophile dans les parties basses,et hygrophile dans les parties hautes. Planche 5.3.3 INTEGRATION DES DONNEES ALTIMETRIQUES ET CLIMATOLOGIQUES - 30 - 6. CONCLUSION Dans le cadre de la recherche de diversification des ressources en eau potable de la Basse-Terre, cette étude préliminaire permet à partir des données de l'imagerie satellitaire Spot et d'informations cartographiques, d'indiquer les paramètres qui régissent les processus d'érosion pour la sélection de zones a priori favorables à l'exploitation d'eau souterraines profondes. La première étape consiste à générer une base de données image intégrant les informations thématiques disponibles : géologie, pédologie, climatologie, botanique ainsi que les données multispectrales acquises par le satellite Spot. Toutes ces informations cartographiques sont mises dans le même système de référence géographique qui autorise et facilite les approches comparatives ou combinatoires, utilisant ou non la possibilité de calculer de nouvelles images, c'est à dire d'accéder à de nouveaux niveaux d'informations . La deuxième étape, celle de l'analyse, vise à évaluer, au sein de l'unité hydrogéologique de base, le bassin versant, le ou les paramètres explicatifs de l'état du paysage. Il apparaît ainsi par exemple, une différence claire du comportement du réseau hydrographique selon qu'il appartienne au versant Est ou au versant Ouest de la Basse-Terre. Celui du versant Est très arrosé, est fortement contrôlé par la fracturation tandis que celui du versant Ouest l'est beaucoup moins. Volume et distribution des précipitations, niveau altitudinal, qualité des sols, peuplements végétaux paraissent très liés à l'échelle globale de la Basse Terre. Seules s'observent des anomalies locales de répartition. Par ailleurs, la distribution des sols, qui est pour un versant donné directement dépendante du niveau altitudinal est très peu contrôlée par la nature géologique du substrat. La compréhension des paysages observés permet d'imaginer un comportement hydrogéologique de surface du milieu: les secteurs présentant a priori de fort potentiels d'infiltration et donc de recharge peuvent être identifiés, tandis que ceux qui présentent les plus forts risques d'érosion sont facilement écartés. Il reste bien sûr à appréhender les relations entre les propriétés hydrogéologiques des unités de surface et celles des matériaux géologiques profonds capables de constituer des niveaux aquifères. - 31 - DUTARTRE Ph. - Potentialité d'applications des données aérospatiales en relation avec l'acquis méthodologique et thématique de l'équipe de Télédétection B.R.G.M. (1985) GADALIA A., GSTALTER N. , WESTERCAMP D.. 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Vues obliques 22 Planche 5.3.3. - Intégration des données altimétriques et climatologiques 29 R 30386
