Contexte

Né en 1976 et initialement structure de gestion de rivière, le SMAVD (Syndicat Mixte d’Aménagement de la Vallée de la Durance) a pris une dimension de bassin avec l’entrée en 2004 du Conseil Régional et des départements alpins (Alpes de Haute Provence et Hautes Alpes) en plus des deux départements de la Basse Durance (13 et 84). En 2010, le SMAVD a été labellisé EPTB (Etablissement Public Territorial de Bassin) du bassin de la Durance. Il regroupe aujourd’hui 13 EPCI (Etablissement Public de Coopération Intercommunale) – dont la Métropole Aix Marseille, les 4 départements cités plus haut, le Conseil Régional et 29 communes.

Par ailleurs, le SMAVD est l’un des chefs de file de l’ANEB (Association Nationale des Élus de Bassins). www.bassinversant.org

La mise en place d’une base de données spatiale…

Nous avons commencé notre mission en construisant une base de données spatiale.

Nous avons pour ce faire utiliser PostgreSQL et son extension PostGIS. En complément, nous avons utilisé notre noyau topologique TOP’EAU. Complètement OpenSource, ce modèle déploie une base spatiale capable de gérer tout type de réseau et de faciliter l’implémentation d’outils de parcours.

La première étape a consisté à définir les objets métier que le SMAVD souhaitait intégrer dans son SIG.

L’ossature topologique est composée des cours d’eau et des canaux principaux du bassin. Pour construire cette ossature, nous nous sommes basés sur la BD TOPAGE. En effet, il nous fallait un référentiel intégrant une bonne topologie et ayant un niveau sémantique suffisant pour estimer des vitesses de transfert dans les tronçons. La BD TOPAGE s’est donc imposée donc comme une évidence.

Pour compléter la BD TOPAGE et bien distinguer les canaux principaux, nous avons utilisé les données provenant d’une base construite par l’ARS : la BD Hydra. La BD Hydra nous permet de bien identifier les canaux et leur gestionnaire mais les tracés sont parfois incohérents avec ceux de la BD TOPAGE : nous avons donc réalisé une mise en cohérence des données en conservant la topologie de la BD TOPAGE.

Outre les canaux principaux, la BD Hydra inventorie aussi tous les canaux d’irrigation sur le bassin. Ces canaux représentent une source d’information précieuse, notamment pour déterminer plus précisément les possibles transferts de polluant sur le bassin. Ces canaux secondaires n’ont pas pu être intégrés dans le réseau topologique, car ils présentaient trop d’incohérences : des sens de numérisation inversés, des problèmes de connexion, … Cette couche d’information a tout de même été intégrée dans la base mais en dehors du réseau.

Nous avons ensuite intégré au réseau hydrographique les prises d’eau principales ainsi que les forages présents sur la zone d’étude.   

Les forages sont reliés au réseau hydrographique depuis une ou plusieurs prises d’eau par des tronçons de transfert. Ces tronçons permettent de visualiser les modes de transfert de polluant : écoulement superficiel (par un canal d’irrigation par exemple) ou subsurfacique (transfert dans le sol).

Nous avons aussi intégré les principaux ouvrages présents sur le réseau : les barrages bien évidemment, mais également tous les ouvrages de coupure. Pour ces derniers, nous avons fait appel à la connaissance patrimoniale des différents gestionnaires de canaux du Bassin de la Durance.

D’autres éléments sont venus compléter la base SIG pour enrichir le rendu cartographique : principales sources potentielles de pollution, centrales hydro-électriques EDF, …

Des simulations de pollution sur le réseau…

Le besoin exprimé par le SMAVD est de pouvoir calculer facilement le parcours d’une pollution depuis une prise d’eau le long d’un canal principal.

Avant de réaliser les simulations, nous avons configuré pour chaque tronçon du réseau hydrographique deux attributs : vitesse et temps de transfert, ce dernier étant calculé directement depuis la vitesse.

Nous n’avions pas beaucoup d’informations sur les temps de transfert, à l’exception de quelques tronçons comme le Canal EDF. La plupart des vitesses sont donc estimées. 

Pour améliorer la qualité des simulations, le modèle peut facilement stocker des profils de vitesse différents pour chaque tronçon, en fonction de la saison notamment. L’idée est de faire des mesures de vitesses et/ou de temps de transfert sur les principales sections à différentes périodes de l’année et ainsi de pouvoir facilement appliquer un profil de vitesse au réseau.

Pour réaliser les calculs de simulation, nous avons intégré à la base spatiale des objets et des fonctions permettant de jouer une simulation depuis un point du réseau. Cette intelligence est permise grâce au noyau topologique TOP’EAU.

Principe de création d’une simulation :

1. Définir la simulation dans une table dédiée et paramétrer ses propriétés : son point de départ, son nom, …

2. Lancer une fonction qui va sélectionner l’ensemble des tronçons hydrographiques (canaux principaux et cours d’eau) en aval du point de départ de la simulation.

3. Une seconde fonction se charge ensuite de calculer pour chaque tronçon le temps de transfert de pollution. La fonction identifie tous les tronçons connectés en amont du tronçon sélectionné jusqu’au point de départ de la simulation et cumule les temps de transfert. Le calcul de cumul s’effectue aussi sur les forages pour estimer le temps de transfert de polluant jusqu’au forage, en utilisant les tronçons de transfert.

4. Une dernière fonction agglomère les résultats pour aider à la réalisation des cartes QGIS. Chaque tronçon se voit affecter une classe et une couleur. Cette classe est calculée automatiquement par quantiles en fonction du temps de transfert cumulé.

Lors de nos premières itérations, le rendu n’était pas satisfaisant car une simulation dans un canal se diffusait dans tout le réseau et l’emprise de la carte rendait le résultat peu lisible.

Nous avons par conséquent, avec le SMAVD, adapté le calcul de simulation.

L’idée est de pouvoir contraindre le parcours de simulation sur un canal, et uniquement sur un canal. Les rendus cartographiques sont ainsi plus exploitables par les équipes de gestion de crise. Si une pollution intervient sur un canal, on se concentre sur la simulation de ce canal et il est facile d’aller voir les autres simulations connexes en regardant les autres cartes.

La table de simulation intègre désormais des règles de gestion assez simples. La simulation s’arrête sur les principaux cours d’eau et on peut ajouter d’autres tronçons d’arrêt au besoin. Si une simulation arrive sur l’un d’entre eux, elle s’arrête.

La même simulation donne désormais le résultat suivant :

Des éditions QGIS améliorées !

Les attentes du SMAVD en termes de rendu cartographique étaient très fortes.  

Nous avons élaboré un projet QGIS connecté à la base PostgreSQL pour y répondre, tant au niveau de la visualisation qu’au niveau des éditions.

Dans un premier temps, nous avons travaillé conjointement avec le SMAVD sur la sémiologie et la charte graphique afin de proposer des cartes pertinentes.

L’interface QGIS permet de comprendre facilement le fonctionnement du réseau et d’identifier rapidement les principales prises d’eau pour comprendre les interactions hydrographiques.

L’autre grande mission fut de construire deux atlas de cartes pour :

• visualiser les  parcours de pollution dans les différents canaux de la Durance
• et visualiser les possibles sources de pollution de l’ensemble des forages dans la zone d’étude.

Pour le premier atlas, nous avons utilisé l’option d’atlas de QGIS qui permet de créer une édition pour chaque simulation.

Pour chaque simulation, les tronçons sont coloriés en fonction de leur classe, la classe étant définie par la plage de temps de transfert. Il en va de même pour les forages impactés.

Pour aller plus loin et améliorer la qualité du rendu, nous avons utilisé les options avancées de QGIS pour intégrer à chaque simulation une frise chronologique. Cette frise permet de compléter la légende de QGIS en précisant les plages de temps de transfert correspondant aux différentes classes. Pour chaque classe, cette timeline donne la liste des forages impactés par la pollution.

 

Nous utilisons ici la possibilité d’intégrer dans une édition QGIS du contenu HTML. Nous avons réfléchi avec Oslandia, société d’expertise en SIG Opensource, pour intégrer des éléments HTML enrichis avec de simples fichiers CSS.

Le contenu HTML est alimenté via un attribut de la table simulation, calculé lors du calcul de simulation par une fonction SQL.

Ce contenu est ensuite inséré directement dans la mise en page QGIS en utilisant un texte dynamique.

Pour améliorer le rendu de cet index, nous avons utilisé le moteur d’étiquettes de QGIS pour mieux placer les points de pollution. Par exemple, nous avons décalé des points qui sont trop proches d’autres simulations en utilisant de simple règles QGIS.

Le second atlas est  plus simple, nous l’avons construit sur la classe d’entité des forages. Il permet facilement de visualiser les possibles modes de transfert de pollution jusqu’aux forages.

 

En conclusion, le SMAVD dispose désormais d’un SIG pour mieux comprendre le réseau du bassin de la Durance mais aussi d’un outil de simulation simple et puissant pour mieux gérer une situation de crise suite à une pollution.