Tremblement de terre : rôle des SIG et de l

Anaïs FAGUERET
RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE
Tremblement de terre : rôle des SIG
et de l’imagerie satellitaire
Photo du tremblement de terre de Kobe au Japon le 17 janvier 1995, à 5h46. Un
séisme d’une magnitude de 7,2 a frappé la ville. (source : Euronews – Photo : BBC)
Les catastrophes naturelles sur les zones peuplées de la terre ne cessent
d’augmenter. Ces phénomènes sont à l’origine de multiples pertes matérielles et
humaines. (Leone F., 2007) Pourtant, ce n’est pas nouveau, déjà en 62 ap-JC, la
destruction de la ville de Pompéi fut un bon exemple de l’impact des catastrophes
naturelles sur le mode de vie, l’économie et la vie sociale. (Andreau J., 1973)
« Au moins quatorze tremblements de terre importants de magnitude de 7 et
plus à l’échelle de Richter ont secoué des zones populeuses de 1985 à 2010. Ils ont
provoqué la mort de près de 700 000 êtres humains et entraîné des pertes estimées
à 300 milliards de dollars. » (Comfort L. K. et al., 2010)
Cela illustre bien que les séismes sont responsables de la mort de milliers de
personnes et coûtent des milliards de dollars en pertes et en reconstruction. La
problématique à laquelle on essayera de répondre dans cette bibliographie est la
suivante : Comment l’analyse d l’image satellite peut-elle être utilisée de façon
conjointe aux SIG pour améliorer la gestion post évènement des tremblements
de terre ?
En réponse au tremblement de terre, il est nécessaire de gérer au mieux les
ressources humaines et matérielles. Le tout en prenant les décisions les plus justes
de façon à agir le plus rapidement possible. (Dubois, D., 2014)
Pour répondre à la problématique, nous commencerons par rappeler quelques
notions essentielles à la bonne compréhension du sujet. Puis nous démontrerons
que les SIG peuvent servir à élaborer des scénarios sismiques. Enfin, une dernière
partie sera consacrée au rôle de l’imagerie satellitaire, et comment cette technologie
peut être utilisée pour gérer la catastrophe une fois qu’elle aura eu lieu.
1. NOTIONS ESSENTIELLES
1.1 Qu’est que qu’un tremblement de terre ?
La planète est recouverte de plaques qui s’encastrent les unes dans les autres
à la surface de la terre. Ces plaques constituent l’écorce de la Terre. En dessous de
cette écorce, le magma est en mouvement perpétuel et fait bouger les plaques.
Lorsqu’il y’a collision entre deux plaques, cela provoque des tremblements de terre
plus ou moins important aux niveaux des failles. (Filliat G. et al., 1981) Les failles se
font dans le sol ou en surface. Les vibrations générées dans le sol sont transmises
aux bâtiments. ( Lestuzzi P.et al., 2008) Les dégâts visibles dépendent de l’amplitude,
de la durée et de la fréquence des vibrations.
Quand un séisme se déclenche sous la mer, le mouvement brutal du fond de
l’océan entraine une vague qui vient déferler sur les côtes, c’est ce que l’on appelle
un Tsunami. (Schindelé F. et al., 2006)
L’Asie demeure la région la plus touchée par les tremblements de terre.
Particulièrement le Japon, qui est une des zones les plus sismiques du monde. En
1995, le tremblement de terre de Kobe a détruit 70 000 bâtiments et tué plus de
6 000 personnes (Atsumi T., 2004).
1.2 Système d’Information géographique
Un système d’information géographique (SIG) est un système informatique
permettant à partir de diverses sources, de rassembler et organiser, de gérer,
d’analyser et de combiner, d’élaborer et de présenter des informations localisées
géographiquement. Dans l’optique de contribuer à la gestion de l’espace. (Société
française de photogrammétrie et télédétection, 1989)
Les SIG permettent de structurer l’information géographique, grâce aux
données spatiales organisées en couches et aux données alphanumériques
structurées en base de données. La base de donnée géographique correspond à
l’ensemble des couches superposables porteuses respectivement des informations
suivantes :
topographie,
routes,
hydrographie,
végétation,
habitat,
activités…
L’information dans un SIG peut-être représenté en mode raster ou en mode vecteur.
1.3 L’imagerie satellitaire
Une image satellitaire est prise par un satellite placé en orbite autour de la
terre (LANDSTAR, SPOT). L’image satellitaire est une image numérique, traitée
informatiquement à partir d’onde transmisse par le satellite à l’équipement au sol, soit
par télédétection. L’image numérique est fabriquée par l’assemblage de pixel. Les
données provenant de l’imagerie satellitaire peuvent être analysées visuellement ou
par ordinateur sous forme numérisée. Une fois numérisée ces données peuvent être
intégrées dans un SIG.
2. LES SIG DANS L’ELABORATION DES SCENARIOS SISMIQUES
A l’heure actuelle, il n’est pas possible d’anticiper les tremblements de terre
que ce soit à court ou moyen terme. Grâce aux SIG, il est possible d’élaborer des
scénarios sismiques et de connaître les conséquences à la fois sociologiques et
économiques d’un territoire. De ce fait, au travers du scénario établit, il est possible
d’estimer les dommages et leur répartition dans l’espace. (Chatelain J. L. et al., 1995)
Les cartes de vulnérabilité sismique se font que s’il existe suffisamment
d’informations géographiques de bonne qualité. Tel que les données relatives à la
sismicité historique, à la tectonique régionale ainsi qu’à la prise en compte du
patrimoine bâti exposé aux aléas sismique. (Chatelain J. L., 1994)
L’utilisation des SIG permet de produire des documents d’aide à la décision en
matière d'aménagement du territoire, d'organisation des secours ou d'information
préventive. (Leone F., 2004)
3. L’IMAGERIE SATELLITAIRE
3.1 L’imagerie satellitaire pour la gestion des tremblements de terre
L’analyse d’image peut être utilisée dans la gestion des catastrophes
naturelles, et plus particulièrement lors des tremblements de terre. Depuis
longtemps l’imagerie satellitaire qu’elle soit optique ou radar n’a plus à faire ses
preuve dans la détection des dommages suite à des catastrophes naturelles.
(Guillande R. et al., 1999)
L’imagerie satellitaire est soit en système optique (SPOT, IRS, SAC-C, POES,
GOES et MERIS) soit en radar (ERS, ENVISAT, RADARSTAT). (Allenbach B., 2005)
Analyse visuelle
Les images satellites prises, avant et après la catastrophe, permettent
d’évaluer de manière qualitative les dégâts subis dans certaines zones. La
classification des images permet de rapidement évaluer quelles zones ont été
touchées et celles qui ont été épargnées. Il est possible d’utiliser ces deux
classifications pour lancer une analyse de changement et ainsi identifier les zones
modifiées suite à la catastrophe. Sur cette base, on peut effectuer une analyse
quantitative pour permette de chiffrer les surfaces impactés par le tremblement de
terre.
Le fait de pouvoir quantifier précisément aide à évaluer de manière réaliste
l’étendue des dommages. Plus largement, cela permet de déterminer le réseau des
opérations de restauration qu’il faudra engager par la suite (reconstruction, recherche
scientifique…).
Les logiciels de traitement
Il existe différents logiciels de traitements d’images, tel que ENVI et VOIR. Ce
sont des logiciels qui permettent d’ouvrir et d’analyser les données d’imagerie, tel
que les images multi-spectrales, hyper-spectrales, Lidar, Radar et même les
données d’élévations. (Tonye, E. et al., 2010)
Ils permettent d’exploiter l’information contenue dans l’image en exécutant de
puissants algorithmes sur les différents pixels qui le constitue. Cela permet
d’identifier les objets, notamment en utilisant l’analyse spectrale et de bien lire le
terrain en travaillant sur les lignes de visée. (Zoej A. et al., 2010)
3.2 Evaluation de l’impact d’un séisme à différentes échelles
Pour estimer l’impact des tremblements de terre à différentes échelles,
plusieurs types de données sont utilisés :
-Echelle 1: Si l’on veut évaluer l’impact des dégâts à l’échelle régionale ou sur
une large zone, on utilisera l’imagerie à moyenne résolution. On peut ainsi détecter
les changements en comparant les images avant et après la catastrophe . ( André,
G.,2002)
-Echelle 2 : Pour évaluer le niveau d’urgence et l’impact dans les zones de la
commune, on analyse des images de haute résolution. (Lorcerie F. ,2003).
-Echelle 3: Les dommages de chaque structure sont évalués et analysés
pour préparer les interventions sur le terrain. Ceci se fait par le biais des données
LIDAR qui permettent de faire une estimation bâtiment par bâtiment. (Ertz S., 2011)
3.3 La télédétection pour une gestion optimisée post évènement
Lorsqu’un tremblement de terre a lieu, il est important de ne pas perdre de
temps. Pourtant, dans un grand nombre de situation, les séismes désorganisent les
réseaux de transports, les activités d’urgences, d’aide aux victimes, ainsi que les
activités de remise en état et à la reconstruction. (Dauphiné et al., 2013)
La détection des dégâts post tremblement de terre des différents réseaux
routiers ainsi que l'évaluation du niveau de ces dégâts sont nécessaires.
Pour cela, les objectifs de l’analyse au travers de la télédétection sont en
général les suivants :
- Analyser l’état du réseau routier :
Tout d’abord, il faut identifier les objets comme le réseau routier et plus
particulièrement les débris qui pourraient empêcher les secours de passer. Cela
permet par exemple de déterminer la meilleure route pour les véhicules de secours.
(Zoej A. et al., 2010)
-Recenser les bâtiments effondrés :
On cherche à déterminer les dégâts sur les structures (écoles, hôpitaux,…).
Un modèle de données LIDAR (« light detection and ranging ») est utilisé pour extraire
les empruntes aux sols et des toitures, afin de créer des modèles de surface (DSM)
et des modèles de terrain (DTM.) (Ertz S.,2011)
- Cibler en priorité les zones peuplées et habitées :
On analyse les zones qui sont peuplées et qui ont été touchées mais aussi les
zones qui peuvent être potentiellement touchées par la suite. On traitera donc
particulièrement les zones à risques. Pour ce faire, une analyse spectrale est
réalisée dans le but de localiser les populations. (Wolff E. et al., 2002)
3.4 Imagerie satellitaire et SIG
La télédétection permet de mettre à jour les données cartographiques. (Tonye,
E., 2010)
Dans la gestion des tremblements de terre, les informations issues de la
télédétection sont une source importante de données utilisables par les secours.
L’imagerie ne sert pas uniquement de « fond de référence ». Autrement dit, il ne
s’agit pas uniquement de simple plan pour comprendre le contexte, les pixels
peuvent être utilisés pour évaluer correctement les conditions d’intervention (réseaux
routiers, états des bâtiments et les zones peuplées). (De Boissezon H. al., 2014)
Toute ces informations, issus de la télédétection, peuvent être mises à la
disposition des secours dans un système SIG compréhensif et efficace, afin
d’apporter une aide logistique aux équipes sur le terrain et de coordonner des
missions de sauvetage. Ce procédé s’intègre bien dans le processus de gestion de
crise. (Lewis S., 2008)
En combinant un logiciel de traitement d’images satellitaires (ENVI, VOIR) et
les outils SIG (Arcgis), il est possible d’établir des stratégies d’action applicable sur le
terrain.
CONCLUSION
La télédétection et l’imagerie satellitaire, qu’elles soient issue d’un satellite
équipé d’un capteur optique ou radar, jouent un rôle majeur dans l’évaluation des
dommages causés par les tremblements de terre que ce soit en analyse visuelle ou
avec un logiciel de traitement.
Les données traitées peuvent être intégrées facilement dans un SIG tel que
« Arcgis ». L’utilisation conjointe des logiciels d’analyse d’image et SIG fournissent
des informations précises pour les analyses qualitatives et quantitatives. Ce qui
permet d’enrichir le processus de décision avec une information spatiale et
multidimensionnelle.
Dans un premier temps, l’analyse visuelle permet d’estimer l’impact global des
dégâts. Puis, l’utilisation d’un logiciel de traitement permet de réduire le temps entre
l’acquisition de l’image et son utilisation, d’améliorer la qualité ainsi que la précision
des informations extraites. Ceci pour sauver le plus de vie et de mieux protéger les
ressources en guidant avec précision les équipes terrain.
En outre, cela permet de limiter une gestion maladroite des ressources
humaines et matérielles suite au séisme. Cette méthode permet de prendre
rapidement les décisions les plus judicieuses, sur la base d’information à jour sur les
conditions de terrain.
Cette bibliographie, a permis de mettre en avant qu’il était possible d’élaborer
des scénarios sismiques et d’en illustrer les conséquences socio-économiques grâce
au SIG. Toutefois, il est impossible de prévenir la catastrophe. Ceci dit, certaines
études utilisent l’imagerie satellitaire pour détecter les failles sismiques et les zones
sensibles aux mouvements de terrains.
BIBLIOGRAPHIE
Andreau, J. (1973). Histoire des séismes et histoire économique: Le tremblement de
terre de Pompéi (62 ap. J.-C.). Annales. Histoire, Sciences Sociales, 28(2), 369-395.
André, G. (2002). La détection et la cartographie des dommages et des marqueurs
de catastrophes naturelles par imagerie spatiale optique et radar (Doctoral
dissertation, Paris 7).
Allenbach, B. (2005). Cartographie rapide des catastrophe naturelles avec les
satellites.CFC n°185,septembre 2005 pp 25-31.
Atsumi, T. (2004). Le seisme du Japon, huit ans apres Kobe. In Annales de la
recherche urbaine (pp. 63-70). SPPU-MATET.
Chatelain, J. L. (1994). Les scénarios sismiques comme outils d'aide à la décision
pour la réduction des risques : projet pilote à Quito, Equateur. In: Revue de géographie
alpine, tome 82, n°4, 1994. pp. 131-150.
Chatelain, J. L., Guillier, B., Souris, M., Dupérier, E., Yepes, H. (1995). SIG et
évaluation des risques naturels: Application aux risques sismiques de Quito.
Mappemonde, 3, 95.
Comfort, L. K., Siciliano, M. D., Okada, A. (2010). Risque, résilience et
reconstruction: le tremblement de terre haïtien du 12 janvier 2010. Télescope, 16, 3758.
Dauphiné, A., Provitolo, D. (2013). Chapitre 9-La complexité des risques et des
catastrophes. U, 209-236.
Dubois, D. (2014). Étude du profil d'échelle des formes et de mesures d'énergie de
texture pour l'évaluation semi-automatique des dégâts sur les bâtiments dans les
images satellitaires de très haute résolution (Doctoral dissertation, École de
technologie supérieure).
De Boissezon, H., Dubois, C. (2014). Les données de télédétection dans la gestion
des risques et des désastres en Haïti: la difficile rencontre entre expertise exogène et
savoirs locaux. Fronts et frontières des sciences du territoire Frontiers and
boundaries of territorial sciences, 135.
Wolff, E., Delbart, V., (2002). « Extension urbaine et densité de la population à
Kinshasa : contribution de la télédétection satellitaire », Belgeo, 1 | 2002, 45-99.
Ertz, S., (2011). Mise en forme d'une base de données sur le séisme en Haïti et
exploitation de données LIDR post-événement pour caractériser le bâti et évaluer les
dommages. Mémoire thesis, INSA de Strasbourg.
Filliat, G., Despeyroux, J. (1981). La pratique des sols et fondations-chapitre 19 :
Phénomènes dynamiques en mécanique des sols ; chapitre 20 : fondation des
machines et séismes
Guillande, R., et al, (1999). From Hazard Mapping and Monitoring to Damage
AssessmentBased on Remote Sensing Data: near future prespective illustrated by
recent catastrophic events; 2Nd internationl Symposium on Operationalization of
Remote Sensing; Enschede, Pays Bas.
Leone, F., (2004). Une approche quantitative de la cartographie des risques naturels
: application expérimentale au patrimoine bâti de la Martinique (Antilles françaises) /
A quantitative approach to natural risk mapping: Experimental application in
Martinique (West Indies) including buildings. In: Géomorphologie : relief, processus,
environnement, Avril-juin, vol. 10, n°2. pp. 117-126.
Leone, F., (2007). Caractérisation des vulnérabilités aux catastrophes " naturelles " :
contribution à une évaluation géographique multirisque (mouvements de terrain,
séismes, tsunamis, éruptions volcaniques, cyclones). Géographie. Université Paul
Valéry - Montpellier III, 2007
Lestuzzi, P., Sellami, S., Badoux, M. (2008). Génie parasismique: Conception et
dimensionnement des bâtiments. PPUR presses polytechniques.
Lewis, S. (2008). La télédétection appliquée aux catastrophes naturelles: Faits et
chiffres.
Lorcerie, F. (2003). L'école au prisme du paradigme de l'ethnicité: Etat des travaux.
In L'école et le défi technique: Education et intégration (No. 3, pp. 163-185). ESF
Editeur.
Tonye, E., & Lontchi, P. (2010). Télédétection et SIG pour la mise à jour
cartographique.
Schindelé, F., Hébert, H., Reymond, D., Sladen, A. (2006). L'aléa tsunami en
Polynésie française: synthèse des observations et des mesures. Comptes Rendus
Geoscience, 338(16), 1133-1140.
Société française de photogrammétrie et télédétection. (1989). Bulletin-Société
française de photogrammétrie et de télédétection dans les SIG.
Zoej, A. H. M. J. V., Mohammadzadeh, A., & Taleai, M. (2010). Détection de
dommages et évaluation des dégâts du réseau routier après un séisme, en utilisant
des images QuickBird haute résolution.