Gouvernement du Québec

 

 

 

GÉOInfo - Chroniques du Québec géographique

Mars 2007

Intégration des données d'observation de la Terre
à la cartographie hydrogéologique

Par Paule Hébert
et François Trudeau

Entente Canada-Québec sur l'utilisation des données RADARSAT

Cet article présente les résultats d'un projet réalisé dans le cadre du Programme de développement d'applications en observation de la Terre (PDAOT) de l'Agence spatiale canadienne et de l'Entente Canada-Québec sur l'utilisation des données RADARSAT. Cette entente a été signée en 1998, puis renouvelée pour trois ans en juin 2002. Sa gestion relève de l'Agence spatiale canadienne, du ministère du Développement économique, de l'Innovation et de l'Exportation et du ministère des Ressources naturelles et de la Faune (MRNF).

En raison du resserrement des normes de contrôle de la qualité de l’eau potable, l’utilisation de l’eau souterraine devient une solution économiquement attrayante comparativement à celle des eaux de surface qui nécessitent un traitement et un suivi plus important, et ce, tant au Canada qu’à l’étranger. Actuellement, la cartographie des aquifères est réalisée par l’intégration de plusieurs documents cartographiques (échelle, précision et qualité variable) y compris l’analyse de photographies aériennes (sols, géologie, dépôts meubles). Ces méthodes sont efficaces mais, à l’échelle régionale, elles s’avèrent coûteuses et prennent du temps.

TECSULT a mis au point une méthode opérationnelle basée sur des outils tels que les systèmes d’information géographique et le modèle hydrologique SWAT. Les informations extraites des images satellitaires et des données auxiliaires sont obtenues à peu de frais. L’utilisation de la méthode a permis de produire différentes cartes hydrogéologiques régionales du bassin versant de la rivière Châteauguay : la recharge, le potentiel, la vulnérabilité et la sensibilité des aquifères régionaux. Ces produits permettent aux municipalités et aux municipalités régionales de comté (MRC) de disposer, à peu de frais, d’outils permettant d’assurer une gestion du territoire qui tienne compte du potentiel des eaux souterraines et des contraintes qui y sont liées.

Les images satellite, sources d’information pertinente

L’application de l’imagerie satellitaire à l’hydrogéologie est récente et peu utilisée. Pour ce projet, TECSULT a exploré plusieurs techniques d’extraction d’information à partir de différents types d’images satellite afin de produire des couches de données pertinentes pour la cartographie hydrogéologique. Une couche d’information importante est la cartographie de l’occupation des sols et de la végétation.

Elle a été effectuée pour l’ensemble du bassin versant de la rivière Châteauguay à une échelle régionale de 1/100 000 ainsi que pour une portion locale à une échelle entre 1/5 000 et 1/20 000. Ces deux produits cartographiques ont une légende qui représente des niveaux de détail différents. Par ailleurs, plusieurs éléments de bonification ont été intégrés à cette cartographie :

  • une analyse comparative de l’occupation des sols réalisée pour plusieurs années (1987, 1994 et 2003). Cette analyse a permis de déceler les variations dans le type d’occupation du sol (particulièrement pour l’agriculture) qui pourraient entraîner une augmentation des demandes en eau et, par conséquent, une variation des nappes souterraines;
  • une information sur la profondeur d’enracinement de la végétation qui permet de mieux évaluer les impacts sur la nappe phréatique puisque ce paramètre joue un rôle important dans le processus d’évapotranspiration;
  • la base de données des cultures généralisées (BDCG) de la Financière agricole du Québec (FADQ) qui permet de raffiner l’information au-dessus des zones agricoles.
Avant l'intégration des informations de la BDCG
Avant l'intégration des informations de la BDCG
Après l'intégration des informations de la BDCG
Après l'intégration des informations de la BDCG


Images IKONOS : par interprétation visuelle, elles contribuent largement à la cartographie de l'occupation du sol à grande échelle (1/10 000) et donnent un niveau de détail élevé du milieu agricole.
Images IKONOS 
: par interprétation visuelle, elles contribuent largement à la cartographie de l’occupation du sol à grande échelle (1/10 000) et donnent un niveau de détail élevé du milieu agricole.

 
Images RADARSAT et Landsat combinées : par différentes techniques de rehaussement (analyses de texture) et la création de composés colorés, ces deux types d'images montrent qu'il est possible de réaliser ou d'actualiser des cartes de dépôts meubles.

Images RADARSAT et Landsat combinées : par différentes techniques de rehaussement (analyses de texture) et la création de composés colorés, ces deux types d’images montrent qu’il est possible de réaliser ou d’actualiser des cartes de dépôts meubles.

A Image Landsat10 septembre 2003)
R : bande 7, V : bande 5, B : bande 4
B Image Landsat (10 septembre 2003)
R : bande 4, V : bande 5, B : bande 3
C Image RADARSAT-1, mode Fin (14 juin 2004)
D Image RADARSAT-1, mode Fin (14 juin 2004)
Composé coloré unidate (analyse de texture)
R : Moyenne, V : Contraste, B : Écart-type

Images Landsat : par les techniques d'accentuation et la création de composés colorés, l'interprétation visuelle permet une cartographie régionale, à l'échelle de 1/125 000, de la végétation et de l'occupation du sol.

Images Landsat : par les techniques d’accentuation et la création de composés colorés, l’interprétation visuelle permet une cartographie régionale, à l’échelle de 1/125 000, de la végétation et de l’occupation du sol.

Des données gratuites ou à peu de frais!

Par cette approche, on préconisait l’utilisation de données disponibles à peu de frais afin de réduire les coûts. Plusieurs sites gouvernementaux offrent des données numériques où on trouve gratuitement une multitude d’images (Landsat, RADARSAT, NOAA, etc.), des modèles numériques de terrain et des fichiers cartographiques de base (routes, hydrographie, etc.) :

  • la Géobase qui est une initiative des gouvernements fédéral, provinciaux et territoriaux, parrainée par le Conseil canadien de la géomatique (COCG);
  • le site Géogratis qui relève aussi du gouvernement fédéral. De plus, le site du ministère du Développement durable, de l'Environnement et des Parcs met à la disposition de la population un système d'information hydrogéologique (SIH) qui peut être interrogé et qui fournit des renseignements sur plus de 125 000 puits et forages construits sur le territoire québécois depuis l'entrée en vigueur, en 1967, du Règlement sur les eaux souterraines.

Dans le cadre de ce projet, des images satellite (principalement Landsat) et quelques fichiers numériques ont été récupérés dans ces sites gouvernementaux afin de compléter les nombreuses données de base fournies par les partenaires du projet.

De l’image à la cartographie hydrogéologique

La méthodologie développée dans le projet s’appuie d’une part sur les informations extraites à partir du traitement d’images satellite, en particulier la carte de l’occupation des sols, et, d’autre part, sur des données existantes ou qui peuvent être obtenues à peu de frais (ex. : SIH). À partir de ces informations, quatre cartes hydrogéologiques ont été produites :

  • Carte de potentiel de l’aquifère régional (roc) : cette carte provient de la mise en relation des données de cartographie géologique avec les résultats du traitement statistique d’une base de données hydrogéologique (SIH). Elle permet de visualiser la distribution, sur le territoire, de la capacité physique (ou de production) de l’aquifère du roc. Il a été démontré que le potentiel aquifère est mieux représenté par les cartes de transmissivité et de débits spécifiques, ce qui rend le produit cartographique plus compréhensible.

  • Carte de potentiel de recharge à l’aquifère régional (roc) : la recharge d’un aquifère correspond au renouvellement annuel des eaux souterraines, ce qui équivaut globalement à la différence entre les précipitations et la somme cumulée du ruissellement et de l’évapotranspiration. La recharge d’un bassin versant peut être estimée globalement (valeur unique) par l’interprétation des données hydrologiques disponibles à une station de jaugeage située à l’exutoire du bassin. Elle peut aussi être établie spatialement par unité de surface en subdivisant le bassin en cellules d’aires déterminées. Cette seconde évaluation est beaucoup plus complexe et requiert des analyses multicritères se rapportant à un nombre important de paramètres (hydrologiques, hydrogéologiques, pédologiques, etc.). La distribution spatiale de la recharge est importante en hydrogéologie environnementale car elle est un paramètre principal pour l’étude de la vulnérabilité des aquifères à la contamination de surface (méthode DRASTIC).

    Pour réaliser cette interprétation de la recharge spatiale, TECSULT a utilisé le modèle hydrologique SWAT (Soil and Water Assessment Tool). Ce modèle, qui est gratuit et compatible avec ArcView, permet de simuler tout le cycle de l’eau à l’échelle du bassin versant. Il permet également de simuler la météorologie ainsi que le transport de sédiments, d’agents chimiques agricoles et autres.
Carte de potentiel de recharge à l'aquifère régional (roc)

  • Carte de vulnérabilité de l’aquifère régional (roc) : dans le cadre du projet, la carte thématique relative à la vulnérabilité de l’aquifère régional est établie sur la base de la méthode DRASTIC. Les raisons qui motivent ce choix résident dans la pertinence de la méthode qui est bien documentée et simple d’utilisation et qui correspond aux exigences de la réglementation québécoise (RQEP et RCES) en matière d’évaluation de la vulnérabilité des aquifères.
Carte de vulnérabilité de l'aquifère régional (roc)

  • Carte de sensibilité de l’aquifère régional (roc) : cette carte représente une mise en relation de l’usage actuel ou projeté du territoire avec la vulnérabilité des eaux souterraines. On obtient ainsi le risque de contamination potentiel en fonction des différents regroupements d’occupation des sols.
Carte de sensibilité de l'aquifère régional (roc)

Des outils d’aide à la décision

Les cartes de potentiel, de recharge, de vulnérabilité et de sensibilité sont des documents qui peuvent se révéler tout aussi pratiques pour les gestionnaires du territoire que la carte d’occupation du sol. Ces cartes constituent en effet des outils d’aide à la décision qui permettent de statuer entre autres :

  • sur des modifications potentielles aux plans de zonage ou au schéma d’aménagement d’une MRC (ou une municipalité);
  • sur la pertinence de l’emplacement potentiel de futures installations ou activités, afin de mieux assurer la pérennité de la ressource eau sur le territoire.

Les cartes ainsi produites peuvent répondre à plusieurs besoins liés au domaine de l’hydrogéologie :

  • étude de prospection pour l’alimentation en eau dans le cadre de projets tant locaux qu’internationaux (hydraulique urbaine, semi-urbaine et rurale);
  • cartographie hydrogéologique à l’échelle de bassins versants ou sur des échelles plus réduites afin de répondre à des besoins spécifiques (ex. : municipal);
  • étude de vulnérabilité des nappes aquifères;
  • analyse des besoins en eau en relation avec l’évaluation de la capacité des nappes et de l’exploitation qui en est faite;
  • gestion et modélisation des conditions de pompage et de recharge de nappes aquifères;
  • analyse des effets de la modification de l’usage du territoire sur la recharge des nappes, la qualité de l’eau souterraine, les risques d’érosion des sols et le transport de sédiment.

Les produits et les services sont adaptés aux utilisateurs selon le contexte d’application, les besoins finaux, les échelles de travail et la qualité et la disponibilité des données. Les technologies géomatiques et de télédétection contribuent ainsi à une gestion efficace et durable des ressources en eaux souterraines.

Conception et réalisation du projet

Denis Baron (TECSULT Inc.), responsable du projet
Nicolas Benoît (TECSULT Inc.), hydrogéologue
Sébastien Boudreau (TECSULT Inc.), directeur de projet, spécialiste en télédétection
Georges Forest (TECSULT Inc.), hydrogéologue
Paule Hébert (TECSULT Inc.), spécialiste en télédétection
François Trudeau (TECSULT Inc.), spécialiste en géomatique

Partenaires

Ministère du Développement durable, de l’Environnement et des Parcs du Québec
Commission géologique du Canada

Renseignements :

François Trudeau
TECSULT Inc.
514 287-8500, poste 8829
francois.trudeau@tecsult.com

 




Portail du gouvernement du Québec
© Gouvernement du Québec, 2007