Les sols gypseux

Abstract

Bien que les sols gypseux (Gypsids pour soil taxonomy) soient reconnus comme des bons potentiels pour les cultures pluviales et les cultures irriguées si le taux de gypse n'est pas excessif dans les régions arides, sa répartition spatiale n’est pas clairement définie. Cette thèse aborde le problème de l’étude de la localisation de ces sols et la relation entre ces derniers et le milieu physique. L’approche choisie repose sur l’analyse des images de télédétection à moyenne résolution spatiale ETM+ de Landsat 7, les SIG associé aux méthodes de géostatistique et la modélisation par réseaux de neurones artificiels (ANN). La région étudiée se situe sur le sous -bassin versant d’Oued Djedi de Biskra. Dans la mesure où il n’existe pas de consensus quant aux méthodes à utiliser, les sols gypseux de la région aride de Biskra offrent un contexte particulier, en raison de la dégradation très prononcée des sols et du couvert végétal, pour tester les méthodes existantes et en proposer des nouvelles. L’objectif principal de ce travail est d’identifier et de localiser les sols gypseux dans une région située entre el hadjeb et oumache dans le sous bassin versant d’Oued Djedi. Pour cela, une première méthode de cartographie des états de surfaces des sols a été développée : elle est fondée sur une étude de photo-interprétation d’images issues des traitements par calculs d’indices (I. Brillance, I.Humidité, I.Salinité, I. Gypse, NDVI) et des ratios (ETM+1/ETM+7 et ETM+5/ETM+7). Cette méthode a permis de choisir la meilleure combinaison qui servira pour la suite du travail. En parallèle, deux approches ont été testées pour localiser et cartographier les sols gypseux. La première repose sur l’analyse des réflectances exo-atmosphérique à travers un profil spectral (de 300 pixels de longueur) tracé sur la trichromie allant des piémonts du Djebel Tenia vers la dépression de sebkha Oumache, afin de déterminer la réflectance des propriétés intrinsèques et extrinsèques de ces sols. Pour discrétiser efficacement les unités de sols, leurs validations dès lors, nécessitent des relevés in situ (sondages à la tarière et des profils) sur une toposéquence de 9000 m coïncident exactement avec le profil spectral tracé sur l’image. Les observations concordent exactement avec les pics de réflectance et d’absorption du profil spectral. La deuxième utilise les classifications automatiques par pixel et orientées objet sur des images originales et indicielles de 30 m de résolution et sur des images rééchantillonnées à 15 m. Dans les deux cas, les résultats ont permis d’identifier et de localiser les sols gypseux à travers deux classes les sols gypseux à croûte et à encroûtement gypseux. Ces résultats ont été évalués par comparaison entre les images à 30 et 15 m de résolution et par validation sur terrain. Enfin, dans la dernière étape du travail, nous avons étudié les relations entre la localisation et la distribution des sols gypseux et le milieu physique en utilisant les SIG, la géostatistique et la modélisation par les réseaux de neurones artificiels. Une campagne de mesures de 107 échantillons des taux de sels (gypse, calcaire) a été effectuée sur quatre toposéquences orientées nord – sud, du djebel Boughzal (commune d’El Hadjeb) vers la dépression endoréique (sebkha d’Oumache). L’échantillonnage pratiqué est de type mixte, où on a déterminé sur le plan morphologique la couleur, la texture, la structure, la pierrosité, la profondeur, et sur le plan analytique (la texture, le pH eau, le % CaCO3, le % CaSO4, la CE). L’échantillonnage a été limité aux horizons de surface (0 - 20 cm) et de profondeur (20 – 50 cm) qui présentent la plus forte variabilité de composition chimique. Ces données nous ont fourni une quantité considérable d'informations et dont le volume ne cesse de croître. L’organisation et le stockage de ces informations dans une Géodatabase, afin d'éviter leur déperdition éventuelle d'une part, leur traitement et leur exploitation rationnelle d'autre part, étaient derrière la réalisation d'une modélisation numérique de la répartition spatiale des % de gypse. L’objectifs est de déterminer l’importance et le rôle du milieu physique (pente, géologie, morphologie, nappe, etc.) dans la distribution des sols gypseux et de déterminer la variable ou les variables caractéristiques et déterminantes dans la distribution spatiale de ces formations gypseuses. Les résultats ont mis en évidence la fiabilité de ces techniques pour la localisation et la délimitation des sols gypseux. Les résultats ont amené à trois conclusions : a) la répartition des sols gypseux n’est pas due au hasard. L'analyse des cartes d'iso valeurs ou factorielle de distribution des concentrations des formes de gypse, dans notre région, montre une structuration spatiale très anisotrope dépendant des propriétés topographiques et de l'influence de la nappe phréatique. Cette structuration est, d'autant plus nette que l'on observe les trois grandes unités physiographiques qui constituent la région (haut, moyen glacis, plaine et dépression endoréique) ; b) La superposition des cartes d'isoteneurs créées avec les couvertures "pente, géologie, piézométrie de la nappe phréatique" sous SIG a démontré que les différents types de sel ont un dépôt préférentiel selon la topographie. On peut dire enfin que la topographie est considérée comme un des éléments qui conditionnent le régime hydrique des sols et que la pente a une influence sur l'écoulement hydrique d'un sol selon sa géométrie ; c) l’application de la classification par les réseaux de neurones artificiels (ANN) sur cette Géodatabase a défini l’ordre des facteurs prépondérant dans la distribution spatiale des sols gypseux à savoir Altitude et la piézométrie. Although gypsum soils (gypsids) are recognized as good potential for rainfed and irrigated crops when the rate of gypsum is not excessive and the gypsum has an influence on the dynamics of vegetation in arid regions, its spatial distribution is not clearly defined. This thesis addresses the problem of the study of the location of these soils and the relationship between them and the physical environment. The chosen approach based on the analysis of remote sensing images on medium spatial resolution Landsat 7 ETM +.The study area is located in the Oued Djedi watershed of Biskra. Insofar as there is no consensus on the methods to be used, gypsum soils of the arid region of Biskra offer a particular context, because of the very pronounced degradation. The main objective of this work is to identify and locate the gypsum soils in an area between el Hadjeb and Oumache in sub Oued Djedi basin.For this, a first method for mapping soil surface states has been developed: it is based on a study of photo-interpretation of images resulting from treatments by calculations of indices (BI, HI, SI, GYI, NDVI ) and ratios (1/ 7, 5 / 7). This method helped to choose the best combination to be used for further work. In parallel, two approaches have been tested to locate and map the gypsum soils. The first is based on the analysis of the exo-atmospheric through a spectral reflectance profile (300 pixels in length) traced on the trichromacy from the foothills of Jebel Tenia to Depression sebkha Oumache in order to determine the reflectance of intrinsic and extrinsic properties of these soils. Thus, to effectively discretize soil units, their validations henceforth, require in situ records (auger surveys and profiles) on a toposequence of 9000m correspond exactly to the spectral profile drawn on the image. The observations comply exactly with the peaks of reflectance and absorption of the spectral profile. The second uses the automatic classification by pixel and object-oriented on original and index images of 30m resolution and image resampled to 15m. In both cases, gypsum soils with crust and gypsum crust. These results were evaluated by comparing the images at 30 and 15 m of resolution and through field validation. Finally, in the last stage of work, we have studied the relationship between the location and distribution of gypsum soils and the physical environment using GIS, geostatistics and modeling by artificial neural networks. A monitoring programme of 107 samples of the salts ratios (gypsum, limestone) was performed on four toposequences oriented to North-South, Jebel boughzal (municipality of El Hadjeb) to the endorheic depression (sebkha of Oumache). The practiced sampling is mixed type, which was identified analytically (texture, water pH, ù CaS04, the EC). The sampling was limited to surface horizons (0-20 cm) and depth (20-50 cm), which have the highest variability in chemical composition. These data have provided a considerable amount of information and the volume continues to grow. Organizing and storing this information in a geodatabase to avoid their possible loss on the one hand, their processing and rational exploitation on the other, were behind the realization of a numerical modeling of the spatial distribution of% gypsum. The objective is to determine the importance and role of the physical environment (slope, geology, morphology, water, etc) in the distribution of gypsum soils and identify the determining characteristics of variables and in the spatial distribution of gypsum formations. The results showed the reliability of these techniques for the location and boundaries of gypsum soils. The findings led to three conclusions: a)The distribution of gypsum soils was not taken for granted. The factor analysis of isovalues depicted on maps of the distribution of concentrations at gypsum forms in our region, shows a very anisotropic spatial structure depending on topographical properties and the influence of the water table. Such structuring is even more clear that we observe the three major physiographic units which constitute the region (high, medium glaze, plain and endorheic depression); b) Superimposing created with isotenor on maps "slope, geology, piezometry , the water table " under GIS demonstrated that different types of salt have a preferential deposit according to topography. Finally we can say that the topography is considered one of the elements that affect the soil water regime and the slope has an influence on the water flow of a soil according to its geometry; c) The application of the classification by artificial neural networks (ANN) to this geodatabase which defined the order of an overriding factors in the spatial distribution of soil gypsum namely altitude and piezometry. رغم أن الأراضي الجبسیة، معروفة بكونھا أراض خصبة في الأراضي الماطرة،وفلاحة السقي، إذا لم یكن معدّل الجبس عالیا، وامتلاك الجبس تأثیرا على دینامیكا نباتات المناطق الجافة، إلاّ أن فضاء توزیعھ لیس معروفا بعد. ھذه الأطروحة تتعرض لموضوع تحدید مناطق انتشار الجبس، وعلاقة ھذا الأخیر بالوسط الفیزیائي.المقاربة التي 7. المنطقة ETM+ LANDSAT اخترناھا تتمحور حول تحلیل الصور الفضائیة ذات الإشعاع الفضائي المتوسط المدروسة تقع في الحوض السفلي لمنطقة وادي الجدي. وبما أنه لا توجد مناھج دراسة متفق علیھا، فإن الأراضي الجبسیة لمنطقة بسكرة، تمنحنا مسارا ممیزا، بسبب التدھور المتقدّم للأراضي والغطاء النباتي ، من أجل اختبار الطرق المتوافرة، واقتراح طرق أخرى. الھدف الرئیس لھذا العمل ھو التعرف على الطرق الجبسیة وتحدیدھا، في منطقة تقع بین الحاجب وأوماش، في الحوض السفلي لوادي الجدي.من أجل ھذا، تطلب الأمر دراسة أولیة للخرائط المتعلقة بالمساحات المعنیة والتي تمّ تطویرھا: تعتمد على دراسة للصور التأویلیة للأراضي ، منبثقة من تحلیل المؤشرات والعلاقات التالیة (IBH) ,IH,IS,IGy,NVDI,1/7, 5/ ھذه الطریقة ساعدتنا على انتقاء أفضل تركیبة لأجل إتمام العمل.( 7 بالمقابل، فقد افترضنا وجود مقاربتین لاختبارھما من أجل تحدید الأراضي الجبسیة والتخطیط لھا. الأولى تعتمد على تحلیل العاكسات الخارجة عن الغطاء الجوي ، عبر رسم واجھة طیفیة ( 300 بیكسل طولا) التي تمّ تعقّبھا على سفوح جبل التینیا، حتى انحدار سبخة أوماش لتحدید الانعكاس من الخصائص الداخلیة والخارجیة لھذه الأتربة. من أجل معرفة خصائص الأتربة بشكل ناجع، والمصادقة علیھا فإنّ الأمر یتطلب دراسات استقصائیة للموقع (الدراسات الاستقصائیة للملامح) على إحداثیات طبوغرافیة تبلغ 9000 م تتطابق تماما مع الملمح الطیفي المسطّر سلفا على الرسومات التخطیطیة.الملاحظات تتفق تماما مع انعكاس الذروة وامتصاص الملمح الطیفي.ااثانیة،تستعمل التصنیف التراتبي الموجّه بالبیكسل، على صور أصلیة وذات مؤشر حلّ یصل إلى 30 مترا وصورة الوصله إلى 15 م. في كلتا الحالتین، الأتربة الجبسیة والقشور الجبسیة. تم تقییم ھذه النتائج من خلال مقارنة الصور في 30 و 15 م .تمّ التحقق بعدھا في المرحلة النھائیة من العمل، عبر دراستنا للعلاقة بین المواقع المحدّدة وتوزیع الأتربة الجبسیة عبر استخدام نظم المعلومات الجغرافیة والجیولوجیا والنمذجة بواسطة الشبكات العصبیة الاصطناعیة. تم تنفیذ سلسلة من القیاسات على عینة من 107 نموذجا من مستویات الملح (الجبس والحجر الجیري) على أربعة صور طبوغرافیة موجھة من الشمال إلى جنوب جبل بوغزال(بلدیة الحاجب) عبر انحدار (سبخة أوماش) .العینة المنتقاة ذات طبیعة مزدوجة، تم تحدیدھا من تم تحدید العینة على مسافة بین ( 0 إلى 20 سم)وعمق ( 20-50 سم) .(EC ،CaS الناحیة التحلیلیة (النسیج، الرقم الھیدروجیني للمیاه، ال یو 04 والتي تمثل أكبر تعدُّد للتغیرات الكیمیائیة .ھذه المعطیات منحتنا كمیة معتبرة من المعلومات،والتي لم تكف عن التكاثف.توزیع وتنظیم تلك المعلومات ضمن قاعدة بیانات جغرافیة،حتى نتجنب احتمال ضیاعھا من جھة،معالجتھا، واستغلالھا بشكل راشد من جھة أخرى،كانت وراء تأسیس نموذج رقمي للتوزیع الفضائي ل %، للجبس. الھدف ھو التعریف بأھمیة الوسط الفیزیائي (الانحدار، الجیولوجیا، المورفولوجیا، المنبع...إلخ)،ضمن توزیع الأراضي الجبسیة،وتحدید المتغیرات الممیزة والمحدّدة في التوزیع الفضائي لھذه المعلومات.المعولمات التي تحصلنا علیھا أظھرت وثوقیتھا تجاه الموقع وحدود التربة الجبس. وأدت النتائج إلى ثلاثة استنتاجات: أ) توزیع تربة الجبس لا یعود للصدفة، تحلیل قیم الخرائط المتساویة القیمیة أو عامل توزیع تركیز أشكال الجبس، في ھذه المنطقة، یظھر ھیكلا مكانیا متباینا خواص بالخصائص الطبوغرافیة التابعة لتلك المنطقة وتأثیر المیاه الجوفیة. ھذا الھیكل یتجلى أكثر وضوحا بحیث یسمح لنا برؤیة الثلاث تشكلات للمنطقة (عالیة، متوسطة الصقیل، والھضبة المنحدرة الخرائط المتساویة القیمیة التي تم إنشاؤھا باستخدام البطانیات "المنحدر، الجیولوجیا، لبزومتري للمیاه الجوفیة تحت ،والتي أوضحت أن لمختلف أنواع الأملاح ترسبات تفضیلیة من تضاریس حسب الطبوغرافیا. یمكننا أن نقول أخیرا بأن الطبوغارفیا تعدّ أحد العناصر المھمة التي التي تحدّد الشروط الھدرولیكیة اللأتربة ، وأن المنحدر لھ تأثیر على السیلان على ھذه (ANN) الھدرولیكي للأرضیة،حسب ھندسیاتھا. ج)، تطبیق التصنیف حسب الشبكات العصبیة الاصطناعیة القاعدة الجغارفیة للمعلومات،أدى إلى التعریف بنظام العوامل المؤثرة المتعلقة بالتوزیع الفضائي للأراضي الجبسیة، على مستوى الإرتفاع والبزومتریة.