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MINISTÈRE DU REDÉPLOIEMENT INDUSTRIEL ET DU COMMERCE EXTÉRIEUR MISSION INTERMINISTÉRIELLE DE L'INFORMATION SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01 BANQUE DE DONNÉES CARTOGRAPHIQUES SUR LES RESSOURCES EN EAU SOUTERRAINE DE LA FRANCE : " MEMEAU " par M. CANCEILL Département EAU B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél. : (38) 63.80.01 Rapport du B.R.G.M. 84 SGN 306 EAU Réalisation : Département Applications Graphiques

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MINISTÈRE DU REDÉPLOIEMENT INDUSTRIEL ET DU COMMERCE EXTÉRIEUR

MISSION INTERMINISTÉRIELLE DE L'INFORMATION SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL

B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01

BANQUE DE DONNÉES CARTOGRAPHIQUESSUR LES RESSOURCES EN EAU SOUTERRAINE

DE LA FRANCE : " MEMEAU "

par

M . CANCEILL

Département EAU

B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél. : (38) 63.80.01

Rapport du B . R . G . M .

84 SGN 306 EAU

Réalisation : Département Applications Graphiques

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RESUME

Le B.R.G.M. a conçu un programme de développement d'une banque de

données sur les ressources en eau souterraine de la France baptisée

MEMEAU.

Cette banque de données, cartographique et synthétique, est fondée

sur un découpage de la France en systèmes aquifères, qu'il était prévu

de mémoriser et de traiter en ordinateur.

Les difficultés techniques - principalement informatiques - ren-

contrées n'ont pas permis de conduire ce programme jusqu'à l'aboutisse-

ment.

On décrit l'état d'avancement des travaux, les difficultés rencon-

trées, et les leçons à en tirer.

Ce travail a été exécuté au titre des travaux propres du départe-

ment de l'EAU. Il a bénéficié d'une aide de la MIDIST (contrat n° 81.Z.

5055), pour laquelle ce document constitue le rapport final.

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S O M M A I R E

1. DEFINITION ET JUSTIFICATION DU PROGRAMME

1.1. Généralités

1.2. Dessin et numérisation des zones élémentaires

1.3. Recueil des données numériques

1.3.1. Précipitations

1.3.2. Ecoulements

1.3.3. Prélèvements

1.4. Traitement informatique des données

1.4.1. Traitement des données cartographiques : le logiciel GIMMAP

1.4.2. Structure hiérarchique des fichiers constituant la banque de

données

2. ETAT D'AVANCEMENT DES TRAVAUX

2.1. Dessin et numérisation des zones élémentaires

2.1.1. Dessin

2.1.2. Numérisation

2.2. Recueil des données numériques

2.2.1. Précipitations

2.2.1.1. Précipitations efficaces. La banque MEDARD

2.2.1.2. Cartographie des pluies efficaces

2.2.1.3. Affectation des pluies efficaces à chaque zone

2.2.2. Prélèvements

2.3. Traitement informatique des données

2.3.1. Constitution dès fichiers GIMMAP et correction de ces fichiers

2.3.2. Traitement des données numériques

2.3.3. Considérations sur le matériel

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3. BILAN ET CONCLUSION

3.1. Difficultés

3.2. Sous-produits utilisables

3.2.1. La banque de données "MEDARD"

3.2.2. Les fichiers graphiques

3.2.3. La recherche sur la qualité chimique des eaux souterraines

3.3. Conclusion générale.

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T A B L E D E S FIGURES

Fig. 1 Organisation hiérarchique des fichiers MEMEAU.

Fig. 2 Etat d'avancement des travaux de dessin et numérisation.

Fig. 3 Structure de la banque de données MEDARD.

Fig. 4 à 8 Exemples de correction de fichiers GIMMAP.

Fig. 9 Schéma des flux entrants et sortants d'une maille élémentaire.

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1. DEFINITION ET JUSTIFICATION DU PROGRAMME

1.1. GENERALITES

Le programme "MEMEAU" a été conçu comme une banque de données car-

tographique et synthétique sur les ressources en eau souterraine de la

France (Cf. H. ASTIE & M. CANCEILL, 1980).

L'originalité du sytème réside dans son caractère régional et syn-

thétique, par opposition à l'aspect ponctuel et analytique d'un certain

nombre de systèmes d'information déjà existants ou en cours d'élabora-

tion.

Par ponctuel, on entend que l'élément générique du système d'in-

formation est un point du territoire, caractérisé par un numéro ou par

des coordonnées ; par analytique, on désigne la propriété de ne renfer-

mer que des données brutes (série des débits mesurés à une station de

jaugeage, par exemple).

La construction et l'entretien de tels systèmes d'information sont

des opérations souvent lourdes et coûteuses, mais fondamentales. Cela

dit, leur exploitation directe ne fournit pas les résultats immédiate-

ment nécessaires au décideur, qui souhaite disposer d'informations

regroupées dans le temps et dans l'espace.

C'est pourquoi l'objectif de MEMEAU est de fournir le plus simple-

ment possible des réponses agrégées.

Cette orientation est spécifique de l'aspect "eaux souterraines"

du projet : la nature même de l'information sur les ressources en eau, â

savoir les flux, peut être considérée comme ponctuelle en hydrologie de

surface, où l'on sait mesurer un débit en un point d'un cours d'eau

(quitte à l'affecter, en second lieu, à un bassin versant) ; il est, au

contraire, impossible de mesurer le débit d'une unité hydrogéologique

(sauf si elle coïncide exactement avec un bassin versant jaugé), et on

le calcule par des méthodes indirectes de bilan, impliquant tout natu-

rellement le recours à des unités spatiales agrégées.

L'idée d'automatiser la gestion de cettetinformation résulte de

l'évolution naturelle des travaux de synthèse menés au département

"hydrogéologie" du B.R.G.M. depuis plusieurs années (cf. 0. DELAROZIERE-

BOUILLIN, 1970 a) et b), 0. DELAROZIERE-BOUILLIN & al., 1971).

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L'unité hydrogéologique de référence qu'on a choisie est le "sys-

tème aquifère". Cette notion, fondée sur la propagation des influences

hydrauliques, est ancienne (H. SCHOELLER, 1962, J. MARGAT & L. MONITION,

1968), mais son application systématique est récente (J. MARGAT, 1976,

M.J. LIENHARDT & J. MARGAT, 1979).

Afin de laisser le système d'information "ouvert" à d'autres types

de données, il a été décidé de superposer plusieurs découpages du terri-

toire national : un découpage en systèmes aquifères, qui est la compo-

sante fondamentale, un découpage en bassins versants, et un découpage en

circonscriptions administratives. L'intersection de ces trois découpages

définit des zones élémentaires qui seront les enregistrements logiques

de la banque de données.

Les spécifications définitives du projet donc; sont les suivantes:

Le territoire français est découpé en un certain nombre de zones

élémentaires, qui constituent le fichier fondamental. A chaque zone sont

affectées des informations élaborées et synthétiques sur les ressources

en eau. Ces zones sont construites de façon que leur regroupement, choi-

si par l'utilisateur lors de chaque interrogation, puisse constituer des

bassins versants, ou des systèmes aquifères, ou des circonscriptions

administratives.

Les données affectées à chaque zone peuvent être quelconques ;

elles concernent principalement les éléments du bilan ressources-

utilisation des eaux : précipitations, écoulement souterrain, et prélè-

vements, en valeurs annuelles moyennes.

Le travail de constitution de la base a été décomposé en trois

tâches élémentaires, qui sont loin d'être indépendantes, mais qui peu-

vent faire l'objet de spécifications techniques séparées.

Ce sont :

* le dessin et la numérisation des zones élémentaires

* le recueil des données numériques

* le traitement informatique de ces données

1.2. DESSIN ET NUMERISATION DES ZONES ELEMENTAIRES

II y a là, en premier lieu, un travail de cartographie. Si le tra-

cé des limites administratives' et des bassins versants n'est qu'un sim-

ple report, le tracé des limites des systèmes aquifères est un véritable

travail de cartographie hydrogéologique. Ces systèmes ont été délimités

sur une carte à 1/1 000 000 (M.J. LIENHARDT & J. MARGAT, 1970), et il a

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fallu agrandir l'échelle - donc affiner la cartographie - ; ce travail

était très différent selon les régions, en fonction de la plus ou moins

grande complexité des situations hydrogéologiques, de l'état des con-

naissances, etc.

C'est pourquoi on n'a pas retenu une échelle unique, mais une pla-

ge : on a adopté, selon les cas, le 1/500 000 ou le 1/250 000.

En ce qui concerne les bassins versants, le découpage a été fait

avec précision dans les Agences financières de bassin ; la seule ques-

tion à résoudre était donc de fixer un niveau de finesse dans ce décou-

page : on a décidé de se limiter aux sous-secteurs.

Quant au découpage administratif, il a été arrêté aux départements.

La numérisation de ces données cartographiques est une tâche com-

plexe et fastidieuse,, liée à la fois au matériel et au logiciel utili-

sés. Le logiciel (GIMMAP) est décrit plus loin (§ 1.4.1.) ; précisons

seulement ici que la numérisation (ou digitalisation) de ces données

cartographiques se décompose en deux niveaux :

. La numérisation proprement dite consiste à créer, à l'aide

d'une table à numériser, un fichier contenant les coordonnées des points

sélectionnés par l'opérateur (à l'aide d'un curseur ou d'une "souris"

qu'on déplace sur la carte fixée sur table à numériser le long des

contours).

Il est clair que ces fichiers seront d'autant plus volumineux

que l'on a numérisé "serré", c'est-à-dire que les contours à numériser

sont tourmentés. Cette création du fichier des coordonnées est la seule

opération qui dépende du matériel utilisé (en l'occurence une table

BENSON 621 d'abord, puis une table DATAGRID "Summagraphics" connectée à

un micro-processeur Data General MD 100).

. A la suite de cette première constitution de fichier, s'en-

chaînent d'autres créations de fichiers : fichier des points, fichiersr> —i-

des arcs, fichiers des ¿zones, fichiers des noeuds, etc. Cela suppose un

certain nombre de contrôles, de corrections d'erreurs, etc., dont on

donnera le détail plus loin (cf. § 1.4.1. et 2.3.1.).

. Il faut noter que la conception et la réalisation de ce logi-

ciel datent de la fin des années 1970. Il existe aujourd'hui des pro-

duits plus modernes et plus performants (surtout en ce qui concerne le

matériel). Ce point sera développé au § 2.3.3.).

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1.3. RECUEIL DES DONNEES NUMERIQUES

L'information nécessaire â l'établissement du bilan ressources-

utilisation est déduite du bilan d'eau global d'un système, selon un

shêma détaillé plus loin (§ 2.3.2.). Retenons ici que les données à

recueillir concernent en premier lieu le bilan d'eau, c'est â dire

qu'elles sont constituées de l'alimentation du système (calculé à partir

des précipitations), des écoulements (débits mesurés avec stations de

jaugeage du réseau hydrométrique) et des prélèvements.

1.3.1. _Pr_écipjLtatIons

L'alimentation d'une unité hydrologique est fournie par les

précipitations efficaces, c'est-à-dire la pluie diminuée de l'évapo-

transpiration. La densité des mesures publiées par la Météorologie

Nationale permet de calculer ces pluies efficaces annuelles moyennes de

façon à en tirer une carte d'isohyètes à 1/1000 000.

Les pluies efficaces sont calculées de la manière suivante :

(cf. M. BONNET & al., 1970, et 0. DELAROZIERE-BOUILLIN, 1971)

. Calcul de l'évapotranspiration potentielle mensuelle (ETP)

par la formule de TURC.

. Calcul de l'évapotranspiration réelle mensuelle (ETR) par

soustraction de l'ETP à la réserve en eau du sol en fonc-

tion de la pluie brute.

. Calcul de la pluie efficace mensuelle en diminuant la

pluie brute de l'ETR et de la fraction nécessaire à re-

constituer la réserve en eau du sol.

. Calcul des moyennes annuelles de la pluie efficace.

1.3.2. Ecoulemerits_

La pluie efficace se décompose en écoulement souterrain

(infiltration) et écoulement de surface (ruissellement).

C'est donc une estimation "par l'amont" de l'écoulement total.

Une estimation "par l'aval" peut être obtenue à l'échelle du

bassin versant quand on dispose de mesures hydrométriques. C'est la

méthode qui a été employée lors de l'établissement de la carte du débit

moyen des nappes d'eau souterraine de la France (cf. 0. DELAROZIERE-

BOUILLIN, 1970, et G. CASTANY & J. MARGAT, 1979), et c'est pourquoi l'on

avait envisagé, lors de la conception du projet, d'inclure dans la ban-

que de données des valeurs de débit moyen résultant des mesures de débit

aux stations de jaugeage des différents réseaux hydrométriques existants

en France.

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fig. 3 STRUCTURE DE LA BANQUE DE DONNEES "MEDARD'

fichier

"ETP moyennes"

fichier

Précipitations",,

Programme

"calcul

Résumé"

ichier

"Paramètres

climatiques'

Programme

"calcul

Détaillé"

fichier

"Pluies efficaces'

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2.2.1.3. Affectation des pluies efficaces à chaque zone

Compte tenu du non-achèvement des travaux de numérisation

(cf. § 2.1.2.) et des difficultés de génération des zones élémentaires

(cf. § 2.3.1.), cette phase du travail n'a pas été entamée. On avait

envisagé deux solutions pour la mener à bien : il s'agit, en effet,

d'une fonction "mécanique" qui consiste à superposer la carte des zones

élémentaires et la carte des isohyètes efficaces, et calculer la pluie

efficace par zone en faisant la moyenne des valeurs comprises entre cha-

que isohyète pondérées par les aires concernées.

On peut réaliser cette opération manuellement, par plani-

métrage, mais il faut pour cela éditer les deux cartes (isohyètes effi-

caces et zones élémentaires) â la même échelle.

On peut aussi procéder automatiquement, en numérisant la

carte des isohyètes à l'aide de GIMMAP ; il faut alors assortir les

fichiers résultant de cette numérisation avec les fichiers homologues de

la carte des zones élémentaires, et évaluer les surfaces des intersec-

tions. Le programme assurant ces fonctions reste â écrire.

2.2.2. Pr£l£vement_s

La grande diversité des situations hydrogéologiques et écono-

miques, ainsi que de la connaissance hydrogëologique, fait qu'il est

fort difficile d'avoir une stratégie d'ensemble à l'échelle de la Fran-

ce. On notera, par exemple, que les "atlas départementaux des eaux sou-

terraines" réalisés en Languedoc-Roussillon impliquent une connaissance

solide des prélèvements d'eau souterraine ; même si le détail de ces

prélèvements n'est pas publié dans les atlas (où l'on n'en donne que des

estimations globales), les hydrogéologues régionaux qui ont rédigé ces

atlas possèdent beaucoup d'informations sur la question, informations

qu'il est possible de réunir dans MEMEAU.

Dans l'état actuel des travaux, on n'a réuni des informations

sur les prélèvements que dans le bassin Rhône-Méditerranêe-Corse.

On s'est appuyé sur plusieurs documents :

* La synthèse hydrogëologique de la région Rhône-Alpes, étude

à financement multiple (*) réalisée par le service géologique régional

du B.R.G.M. (cf. M.F. PARASCANDOLA & al., 1982), où l'on fait le point

des connaissances documentaires par systèmes aquifères.

(*) Agences financières de bassin Loire-Bretagne et Rhône-Méditerranêe-

Corse, Etablissement public régional, Ministère de l'Industrie.

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* La synthèse hydrogéologique de la région Provence-Alpes-Côte

d'Azur, en cours de réalisation.

* Les travaux (non publiés dans le détail) du S.G.R. Languedoc-

Roussillon exécutés lors de la préparation d'un certain nombre d'"Atlas

départementaux des eaux souterraines" réalisés dans cette région.

Ces informations ont été ventilées par système aquifère, et

sont sous forme de tableaux ou de bordereaux selon les régions. La perfo-

ration d'un fichier informatique n'a pas été entamée.

2.3. TRAITEMENT INFORMATIQUE DES DONNEES

2.3.1. £o£Sj i_tuj ion_des_JEjLchiers_ GIMMAP_eJt_ £ojrrecjtion_de_ £e£ f_±chiers

La production, en sortie de la chaîne de numérisation, d'un

fichier contenant les coordonnées des chaînes de points représentant les

contours de la carte n'est qu'un premier stade. Ces fichiers sont, en

effet beaucoup trop volumineux pour être gérés efficacement sous cette

forme.

On construit, dans l'ordre :

. Un fichier d'arcs et un fichier de points, par le program-

me PARGEN.

. Un fichier des noeuds, par le programme NODGEN.

. Un fichier des zones, par le programme ZONGEN.

Ces fichiers sont beaucoup moins encombrants que le fichier

initial. Les deux premiers stades peuvent être enchaînés sans difficul-

té, mais on ne saurait passer au troisième stade sans un stade de pré-

cautions et de vérifications important. C'est, en fait, ce stade de cor-

rections qui a été sous-estimé lors de la conception du programme, et où

se sont localisées nos difficultés.

Donnons-en un exemple :

La fig. 4.1. représente une visualisation de la zone N.E. de

la région Rhône-Alpes, un stade où les fichiers d'arcs et de noeuds ont

été constitués. La fig. 4.2. donne la même représentation, où l'on a nu-

méroté les noeuds.

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Fig. 4.1

Fig. 4.2

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On constate immédiatement que cette représentation est à trop

petite échelle pour qu'on puisse contrôler quoi que ce soit.

Une première dilatation du graphique fournit les cartes repré-

sentées sur les figures 5.1 et 5.2 ; bien que cela devienne plus clair

(fig. 5.1), les numéros des noeuds sont toujours difficilement lisibles

(fig. 5.2).

Les noeuds sont engendrés de deux manières : lors de la numé-

risation, tout d'abord, où l'on envoie un code spécial lorsqu'on passe

sur une intersection, puis lors de l'exécution du programme NODGEN

(génération des noeuds), lorsqu'on aboutit à une extrémité d'un arc qui

Fig. 5.1

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Fig. 5.2

n'a pas été enregistrée comme un noeud. La multiplication des numéros de

noeud sur la fig. 5.2 est le signe d'imperfections et d'erreurs au stade

de la numérisation, imperfections qu'il s'agit de corriger avant d'en-

gendrer les zones.

Agrandissons une petite fenêtre, telle celle qui est représen-

tée sur la fig 5.2 ; cela conduit à la fig. 6.

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Fig. 6

Les numéros de noeud sont encore illisibles, et il va falloir

passer à une échelle encore supérieure : on définit une nouvelle fenêtre

d'agrandissement, qui conduit à la fig. 7.

C'est seulement à ce niveau qu'on peut diagnostiquer avec cer-

titude deux erreurs :

* Les noeuds 26, 27 et 52 devraient être confondus.

* Le noeud qui termine un arc oblique à gauche, en 58, n'a

pas de correspondant sur l'arc sub-vertical qui vient

s"adresser en 52.

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Fig. 7

La première erreur est en fait répandue dans tout le fichier ;

on peut la corriger globalement en relançant le programme de génération

des noeuds (NODGEN) avec un seuil de fusion des noeuds supérieur. On

peut aussi la corriger ponctuellement, à l'aide d'une commande de l'édi-

teur graphique de GIMMAP, qui permet de réunir deux noeuds.

Le résultat apparaît fig. 8.

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Fig. 8

La deuxième erreur, celle qui concerne l'arc qui se termine en

58, ne peut être corrigée que ponctuellement. Il faut, pour cela, injec-

ter un nouveau noeud sur l'arc vertical, et le réunir au noeud 58. Cela

suppose qu'on soit capable de définir l'arc vertical par les numéros de

noeuds de ses extrémités, ce qui implique de revenir à la fig. 5.2, où

l'on peut difficilement lire le n° 51 à l'autre extrémité de l'arc ;

pour le vérifier, il faut revenir, par une suite de "zoom" successifs

sur l'écran interactif du terminal, à l'autre extrémité de l'arc pour

lire son numéro.

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On n'alourdira pas plus cet exemple en y joignant les repro-

graphies d'écran correspondant à chacune de ces opérations élémentaires.

Toutes ces opérations de contrôle "topologique" de la cohéren-

ce des noeuds sont indispensables avant d'exécuter le programme ZONGEN

qui pourra enfin engendrer des zones cohérentes.

L'éditeur graphique qui permet d'effectuer toutes ces correc-

tions, en mettant à jour les fichiers correspondants, offre les comman-

des suivantes :

*** MENU ***

CC - CHANGE CODE

CN - CHANGE NODE

CP - CHANGE (INTERIOR) POINT

DA - DELETE ARC

DW - DEFINE NEW WINDOW

LM - LIST THE MENU

MN - MATCH TWO NODES

NN - NUMBER NODES

PM - PLOT ENTIRE MAP

SA - SPLIT ARC

SC - SELECT BACKGROUND CODE

ST - STOP

ZM - ZOOM

ENTER COMMAND (LM : MENU)

Les opérations de correction sur un fichier du genre de celui

de la fig. 5 représentent de 3 à 5 jours de travail ; rappelons que ce

fichier ne constitue qu'un quart de la région Rhône-Alpes !

C'est l'une des difficultés principales auxquelles on s'est

heurté dans l'exécution de ce travail, constituant la raison primordiale

d'inachèvement.

2.3.2. Do nnées_ numëric[ues

La simple donnée des apports (précipitations efficaces affec-

tées d'un coefficient d'infiltration) et des prélèvements ne suffit que

rarement pour établir un bilan ressource-utilisation d'un système aqui-

fère.

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Une tentative de détail de tous les termes possibles des en-

trées et des sorties dans un système aquifère conduit à distinguer, en

fonction du type de limite envisagé, six termes de flux entrants et sor-

tants, soit 12 termes en tout.

L'étude de ces limites a été faite d'une manière approfondie

au B.R.G.M., dans un but cartographique (cf. J. MARGAT, 1978 et 1980).

On a tiré de ces travaux la typologie suivante :

Les types de limite d'une zone élémentaire (aquifère) se ramè-

nent à :

- trois types de limite linéaire :

(1) . cours d'eau (limite à condition de potentiel ou de

flux) ;

(2) . limite géologique d'un aquifère (limite à condition

de flux en général, notamment limite étanche : flux

nul) ;

(3) . limite de bassin versant (= ligne de partage des

eaux de surface).

- plus (4) la surface du domaine = surface du sol et/ou (4')

surface du substratum ; elle correspond à des limites à

condition de flux.

Chaque limite de ces différents types peut former le lieu

d'échange de flux avec l'extérieur, maille limitrophe, atmosphère ou

"tréfonds" :

- échange positif = entrée,

- échange négatif = sortie»

- échange nul#

Rappelons que c'est surtout aux limites à condition de poten-

tiel que les flux (sortants ou entrants) peuvent être modifiés (diminués

ou accrus) par les actions internes sur 1'aquifère.

C'est la combinaison du type de densité et de la nature de

l'extérieur de la zone concernée par le flux qui conduit aux six catégo-

ries suivantes (en affectant des signes "+" aux flux entrants et des

signes "-" aux flux sortants) :

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- 26 -

APPORTS (flux entrants) = Q

+ Q 1 : Infiltration (% des précipitations efficaces moyen-

nes) ;

+ Q 2 : Pertes (infiltrations) de cours d'eau allogène :

. pertes naturelles : flux moyens,

. pertes naturelles et artificielles induites (ou

pertes artificielles seules : flux annuels en ré-

férence à la date de + Q 6).

cf aussi N.B. infra + Q 6.

+ Q 3 : Afflux latéral, soit d'un aquifère libre ou captif

limitrophe affluent, soit de formations semi-permé-

ables limitrophes à travers une limite de type (2) ;

+ Q 4 : Affluence d1aquifère d'une maille adjacente

- à travers une limite de type (3) - ;

+ Q 5 : Afflux par drainance ascendante en provenance d'aqui-

fère captif sous-jacent - à travers le substratum

semi-perméable - ou parfois par drainance descendan-

te en provenance d'un aquifère libre supérieur à

travers une couverture semi-perméable rendant la

nappe localement captive ;

Ce flux peut être naturel, et par conséquent moyen

annuel, ou influencé (accru, voire déterminé entièrement) par l'exploi-

tation et en ce cas il doit se référer à une date donnée (cohérente avec

celle de - Q 6).

Cf. aussi N.B. infra + Q 6.

+ Q 6 : Apports artificiels (débits annuels, à une date don-

née)

. directs : infiltration d'eau de surface importée

(irrigation, épandage, pertes de canaux ou de ré-

seau de distribution ; alimentation artificelle

volontaire), par des structures et des voies ad

hoc ;

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- 27 -

. induits éventuellement par les effets de l'exploi-

tation : + A Q 2 ou + i Q 5 essentiellement.

N.B. Ces apports artificiels induits peuvent donc être compta-

bilisés :

. soit intégrés dans les composantes influencées + Q

2 ou + Q 5, ce qui oblige à les référer à une date

donnée et à ne plus les exprimer en flux moyen,

. soit intégrés à + Q 6, si on peut les séparer

(avec une approximation acceptable) des flux natu-

rels + Q 2 et/ou + Q 5.

Cette deuxième procédure est la plus logique et elle sera

facilitée par le fait que les flux naturels + Q 2 et + Q 5 sont le plus

souvent nuls.

Exceptionnellement l'influence exercée sur des flux en-

trants par l'exploitation peut les diminuer, au lieu de les accroître

(rupture de liaison hydraulique par dénoyage,...). En ce cas le flux en-

trant réel comptabilisé sera inférieur au flux naturel, le manque à ga-

gner équivalant à un "prélèvement induit".

DEBITS (flux sortants) - Q

- Q 1 : "Exfiltration" = consommation par des cultures

phrêatophytes, flux évaporé dans certaines condi-

tions particulières (nappe à surface libre très pro-

che du sol) ;

- Q 2 : Flux drainé par les cours d'eau ou débit des émer-

gences (sources), y compris à des lacs ou à la mer ;

La distinction entre les flux drainés respectivement

par le réseau hydrographique continental (eaux douces) et par la mer (ou

des estuaires à eau saumâtre) pouvant être opportune, la possibilité de

les comptabiliser séparément devra être prévue :

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- 28 -

- Q 2 : afflux eaux douces superficielles,

- Q'2 : afflux mer ou estuaires.

Symétriquement à + Q 2, mais beaucoup plus générale-

ment, ce flux peut être :

. soit naturel et exprimable en flux moyen annuel,

. soit influencé (diminué) sous l'effet des exploi-

tations et il doit alors se référer à une date

donnée, cohérente avec celle de - Q 6.

- Q 3 : Effluence latérale vers un aquifère limitrophe libre

ou captif (notamment : flux d'apport d'une nappe li-

bre à une nappe captive en aval) - â travers une li-

mite de type (2) - ;

- Q 4 : Effluence à un aquifère d'une maille adjacente - à

travers une limite de type (3) - ;

- Q 5 : Effluence par drainance descendante vers un aquifère

sous-jacent à travers le substratum semi-perméable ;

Ce flux peut être (comme + Q 5) naturel, et par con-

séquent exprimé en débit moyen annuel, ou influencé (diminué) par l'ex-

ploitation et en ce cas il doit se référer à une date donnée (cohérente

avec celle de - Q 6).

- Q 6 : Prélèvements (exploitation, exhaure, drainage arti-

ficiel) :

. soit en tant que prélèvements nets (restitution â

l'aquifère déduite), notamment lorsqu'ils peuvent

valablement être assimilés aux prélèvements bruts

(restitutions négligeables à l'aquifère) ;

• soit en inscrivant explicitement des prélèvements

bruts et des prélèvements nets si leur écart est

significatif (même estimé), les seconds étant

seuls comptabilisés comme débits, mais les pre-

miers pouvant servir au calcul d'un indice d'ex-

ploitation distinct de l'indice de consommation.

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- 29 -

Des débits de captage de source peuvent être compta-

bilisés ici, à deux conditions :

• être inscrits sur une ligne distincte de celle des

prélèvements directs dans l'aquifère (car le cap-

tage de flux aux émergences naturelles n'influence

aucunement l'aquifère s'il ne modifie pas sensi-

blement leur régime) ;

. être décomptés de la ligne - Q 2.

N.B. : Les apports et les débits se répartissent suivant

des lignes qui correspondent (au signe près) au même type de limite et

de processus d'échange, ce qui doit faciliter leur présentation en un

tableau :

Q 1 : échange avec l'atmosphère, via la zone non sa-

turée,

Q 2 : échange avec les eaux de surface (influençable

par l'exploitation),

Q 3 : échange avec un aquifère limitrophe (en géné-

ral peu influençable par l'exploitation),

Q 4 : échange avec le même aquifère â travers une

ligne de partage des eaux superficielles ne

coïncidant pas avec la ligne de partage des

eaux souterraines,

Q 5 : échange par drainance (influençable par action

sur les potentiels internes de l'aquifère),

Q 6 : échange artificiel.

Toutefois cela ne doit en aucun cas donner la

tentation d'opérer des comptes partiels entre les éléments d'une même

ligne, ce qui n'aurait pas de sens.

On remarque que deux "lignes" surtout - en sus

de Q 6 - sont influençables par les actions humaines (effets induits des

exploitations) :

Q 2 et Q 5, suivant les deux signes.

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- 30 -

Maille élémentaire aquifère (à surface libre)

- Q 1 - - + Q 1 + Q 3

- Q 4

Limites de la mai

"1 cours d'eau

limite géologique d'aquifère

"—3 limite de bassin versant

+ Q 5

ligne de partage des eauxsouterraines (non limitede mai liage)

Fig. 9

La fig. 9 rend compte de ces douze composantes du flux.

La structure de l'enregistrement de base, donc, suit cette

analyse, et est composée de douze rubriques. Il est clair que, dans bien

des cas, seules quelques-unes de ces rubriques sont renseignées (+ Q 1,

- Q 6, par exemple).

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- 31 -

Le principe directeur était, alors, une fois le fichier des

zones élémentaires constitué, de créer une structure (vide au début) de

fichiers hiérarchiques comme décrit fig. 1, dont les enregistrements

auraient cette structure à 12 rubriques. Selon l'unité concernée, cer-

taines de ces rubriques n'auraient pas eu de sens, bien sûr.

L'opération de constitution fondamentale est définie ainsi \/f\

- introduire manuellement, par un programme de données

interactif simple, les valeurs des rubriques + Q 2 à + Q (

e t - Q l à - Q 5 , soit dix rubriques. Cette opératioi.

n'aurait lieu que pour les zones ou regroupement de zones

où l'on possède l'information, d'où l'intérêt de la sélec-

tion graphique permise par GIMMAP.

- introduire automatiquement, par lecture des données de

pluie efficace (cf. § 2.2.1.3) et de prélèvements (§2.2.2)

les données + Q 1 et - Q 6, qui sont les seules dont on

ait une connaissance suffisamment systématique pour être

automatisée.

Cela suppose, bien sûr, qu'on distingue l'absence de valeur

dans une rubrique de la valeur nulle. : '

La non-constitution du fichier des zones n'a pas permis d'exé-

cuter cette phase du programme.

On trouve fig. 10 un exemple de tableau des douze rubriques

constitué sur un fichier d'essai (limité à une zone...)

2.3.3. £ons^d^rji tions_siir le_ inatériel

Une des principales raisons d'inachèvement de ce travail est,

on l'a écrit au § 2.3.1., le volume du travail de corrections nécessaire

à la génération du fichier des zones ; ce point est, évidemment, indé-

pendant des problèmes de matériel.

Cela bien admis, les différents changements de matériel aux-

quels on a dû s'adapter pendant l'exécution des travaux ont été préjudi-

ciables à un emploi optimal des ressources.

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*

AA

AAAA

AAA*

*

*

AA*

A

A

AAA

A

AAA

AA

AA'*.

AA

AAA

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAr* «* #> v« O «• *• ww «* #* *• • » *• #» #» *• H O v* f* «* «* »• #> «» «% »> ** #* «*

PROCESSUS D'ECHANGE :

ECHANGES AVEC L'ATMOSPHERE

(Ql)

ECHANGES AVEC EAUX DESURFACE (Q2) (LIMITES ACONDITION DE POTENTIEL)

ECHANGES AVEC SYST.AQU. LIMITROPHES (Q3)(LIMITES A COND. FLUX)

ECHANGES AVEC SYST. AQU.LIMITROPHES (Q4) (LIMITESDE BASSINS VERSANTS)

ECHANGES VERTICAUX(Q5)

ECHANGES ARTIFICIELS(Q6)

TABLEAU COMPTABLE (m3/an)AAAAA************++*++++*****+** • • * *v • • v> m\

A

AAA

AA

A

AA

A

AA

A

A

AA

AA

AA

AA

AA

AAA

• * V* • * • * • * VB V* * • V* * * #* * * • * * * * • • • * • • • • * •> * * (1 W «V W

APPORTS

INFILTRATION

300.0000000E+00

PERTES DE COURS D'EAU

00.0000000E+00

AFFLUENCE D'AQUIFERESADJACENTS.

300.0000000E+00

AFFLUENCE

0.0000000E+00

DRAINANCE(ASCENDANTE OUDESCENDANTE)

0.0O00O00E+00

IRRIGATION ETC.

1400.000000OE+OO

AAAAA*,AA

AA

AA

A

A

AA

A

A

AA

AA

AA

AA

AA

AAA

AAAAAAAA*.AAAAAAA*.*.*.*.*.AAA4«« •* *« w\ w\ •• w\ n ^\ *• «« ** «\ w\ w\ r\ f\ ^\ ^\ ^\ ^\ w\ w\ ^\ #

DEBITS

EXFILTRATION

00.0000000E+00

FLUX DRAINE PAR COURSD'EAU

1400.0000000E+00

EFFLUENCESLATERALES

250.0000000E+00

EFFLUENCE

0.0000000E+00

DRAINANCE(DESCENDANTE)

0.0000000E+00

PRELEVEMENTS

350.0000000E+00

A

tAAAA

A•ft

AA

A

A- — A

A

AA

A•—A

A

A

A

AA

A

A

AA

-— A

AA

A

AA

AA

AA

A

I

Fig. 10

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- 33 -

Au début de l'exécution du programme, le centre de calcul du

B.R.G.M. était équipé d'un ordinateur IBM 370-138 et d'un mini-ordina-

teur SOLAR 16 ; le logiciel GIMMAP, mis au point aux U.S.A. sur un PDP

11, venait d'être transféré sur le SOLAR. Le SOLAR a été relié au réseau

téléphonique, puis à TRANSPAC, très tôt. On a donc commencé à travailler

via TRANSPAC, sur le SOLAR. Du côté local, cet accès a d'abord eu lieu à

300 bauds, par l'intermédiaire d'une ligne téléphonique normale et du n°

TRANSPAC national, puis à 1 200 bauds par l'intermédiaire d'une ligne

d'abonné TRANSPAC.

Le travail exécuté en 1980-1981 sur le SOLAR a concerné sur-

tout le traitement des données climatiques et pluviométriques (MEDARD cf

§ 2.2.1.1.) ; en ce qui concerne le traitement graphique, on n'a procédé

qu'à des essais sur des données de volume réduit, pour des raisons liées

à la numérisation. Les cartes à numériser n'étaient en effet pas ache-

vées, d'une part, et le matériel de numérisation n'était d'autre part

pas adapté : une table à numériser BENSON 121 autonome (off-line) pro-

duisant du ruban perforé qu'il fallait lire sur l'IBM d'où l'on pouvait

transférer les fichiers sur le SOLAR.

L'inconvénient de ce système résidait autant dans la difficul-

té d'emploi de la table, peu adaptée au traitement de données cartogra-

phiques, que dans la sucession des différentes étapes nécessaires -au

transfert.

On a alors attendu la mise en place, en 1981, d'une unité de

traitement graphique autonome destinée au \traitement] d'images de satel-

lite pour la télédétection de ressources terrestres. Cette unité était

composée, pour l'aspect qui nous intéresse, d'un mini-ordinateur PDP 11-

23 connecté aux périphériques suivants :

. Table à numériser DATAGRID "summagraphics" équipée d'un

microprocesseur Data General MD 100.

. Ecran graphique TEKTRONIX 4014

. Imprimante électrostatique BENSON.

Le logiciel GIMMAP a été transporté sur le PDP 11, et . cet

ensemble s'est révélé tout à fait efficace pour la numérisation ; le

seul inconvénient était que cet ensemble n'était pas raccordé au réseau

TRANSPAC ! On a donc procédé à la numérisation des cartes dessinées en

1982, sans aller au delà à ce moment.

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- 34 -

La version de GIMMAP implantée sur le PDP 11 était, par

ailleurs, une version améliorée par rapport à la version SOLAR, et les

fichiers numérisés sur l'unité PDP 11 n'étaient pas compatibles avec la

version GIMMAP/SOLAR.

Le transport de GIMMAP sur l'IBM 370, devenu en 1980 un 370-

148, puis en 1981 un 370-158, a été envisagé pendant un temps, mais sou-

levait de sérieuses difficultés :

Passage de l'EBCD à 1'ASCII, difficulté de connexion des ter-

minaux TEKTRONIX, nécessité d'implanter d'abord sur l'IBM le logiciel

PLOT 10, problèmes de comptabilité avec les normes TRANSPAC, etc.. ;

aucune de ces difficultés n'était insurmontable, mais on a hésité à

engager des frais de transfert importants alors que la politique d'équi-

pement informatique du B.R.G.M. était en pleine évolution. De fait,

cette politique a conduit le centre de calcul du B.R.G.M. à s'équiper,

pour les travaux scientifiques, d'un VAX 11-780 au début de 1983, puis

d'un deuxième un an plus tard.

Le transfert de GIMMAP sur le VAX a été accompli au 1er semes-

tre 1983, en même temps que le raccord du VAX au réseau TRANSPAC ; en

conclusion, on ne s'est trouvé en état de travailler sur les fichiers

numérisés en 1982 qu'à la fin du premier semestre 1983. C'est à ce mo-

ment seulement que les difficultés de correction des fichiers graphiques

évoquées au § 1.3.1. sont devenues apparentes.

On trouvera au chapitre suivant une tentative pour tirer des

leçons de ces problèmes de matériel.

On peut cependant énoncer ici quelques éléments de conlusion :

Compte tenu de l'état des connaissances et de l'avancement de

ces techniques en 1980, on a conçu un programme qui voulait être le plus

indépendant possible des matériels utilisés.

L'expérience a montré que GIMMAP et ses fichiers étaient

effectivement transportables, mais dans des conditions moins simples que

ce qu'on avait initialement prévu.

Le transport de logiciels aussi spécialisés ne saurait être

fait sur n'importe quelle installation : si le système est trop petit ou

trop lent on arrive vite â le saturer, dans le temps (durée d'occupation

de la (ou des) console(s) multipliée) ou dans l'espace (fichiers trop

gros).

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^ oc Ä

L'état de la technique aujourd'hui nous amènerait à des choix tout

à fait différents : il existe maintenant des matériels spécialisés assu-

rant au moins les mêmes fonctions et dont les performances sont bien

supérieures ; on peut penser que la durée de vie de ces matériels suffit

à justifier l'investissement correspondant, et n'impose plus la trans-

portabilité.

3. BILAN_ET_C0NCLUSION

3.1. DIFFICULTES RENCONTREES

On les a énumérées au fur et à mesure, dans le chapitre 2. On peut

les résumer en trois grands termes :

- retards dans l'avancement du dessin des contours.

- évolution imprévue du parc informatique, remettant en cause

à plusieurs reprises la planification des travaux, et sur-

tout conduisant à une découverte tardive du point suivant :

- importance inattendue (et, à la date où l'on en a pris cons-

cience, rhédibitoire) des travaux de correction des fichiers

graphiques numérisés.

Rappelons, par ailleurs, que ce travail a été financé, pour sa part

plus importante, par le programme propre de service public du BRGM, les

impératifs de la planification de ce programme prévoyaient l'arrêt de

cette opération en 1983.

3.2. SOUS-PRODUITS UTILISABLES

3.2.1. La_banq_ue_ ¿

On a décrit son fonctionnement en des termes très généraux, au

chapitre 2 (§ 2.2.1.1.), le détail étant exposé dans un rapport techni-

que (cf. M. CANCEILL et M. LOUVRIER, 1982).

3.2.2.

La constitution et la numérisation des fichiers graphiques ont

représenté un travail important. Le volume des corrections nécessaires

pour les rendre opérationnels n'a pas permis de les exploiter dans un

programme d'ensemble, mais on peut envisager à long terme un achèvement

"au coup par coup" à l'occasion d'opportunité locale.

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- 36 -

3 .2 .3. ¿a_recjiej:che__siir_lsï .flualité £hjjráqiie_des_eaux ¿out^rraines

Ce point n'a pas été abordé dans ce rapport, dont l'objet prin-

cipal est l'état d'avancement des travaux. On avait cependant évoqué dans

le rapport initial de 1980 (cf. H. ASTIE ET M. CANCEILL, 1980), et dans

l'avant-projet de recherches, la possibilité d'introduire ultérieurement

dans MEMEAU des données sur la qualité des eaux souterraines.

Le problème ainsi formulé est très général, et demande à être

précisé. Il conduit à se poser des questions fondamentales du genre

"Qu'est-ce-que la qualité des eaux souterraines ?", "Peut-on la résumer à

un ou à un petit nombre de paramètres ?", "Le découpage en systèmes aqui-

fères de MEMEAU est-il adéquat à l'expression de cette qualité ?", etc.

Des travaux antérieurs ont suggéré que, parmi les approches

possibles, l'analyse statistique des données multidimensionnelles pouvait

fournir des éléments positifs. Un tel sujet étant relativement indépen-

dant du reste du programme , on en a confié l'étude â un étudiant de 3ème

cycle qui a passé deux ans en stage au B.R.G.M. Les résultats de ses tra-

vaux sont exposés dans une thèse récemment soutenue à l'université de

Nice (cf. X. GUILBERT, 1984).

Un point important de leur conclusion est une réponse positive

à la dernière des questions formulées plus haut : le découpage MEMEAU

fait apparaître globalement des différences significatives dans la quali-

té des eaux souterraines. Ce résultat porte sur une zone d'essai et doit

donc être confirmé. On doit le considérer comme une première contribution

à un dossier où de nombreuses autres méthodes devront être appliquées.

3.3. CONCLUSION GENERALE

Le travail dont on rend compte ici étant inachevé, on ne peut, en

conclusion, que chercher l'origine des difficultés rencontrées et en

tirer les leçons.

* En ce qui concerne l'organisation, on peut noter que le travail

accompli a été très étalé, très dilué dans le temps et dans l'espace.

On veut dire par là que le programme aurait pu s'exécuter mieux si

sa réalisation - avec les mêmes moyens - avait été confiée à une équipe

permanente plus nombreuse, en moins de temps ; la solution retenue a été

au contraire celle d'une équipe permanente très réduite (un ingénieur)

coordonnant des interventions d'autres spécialistes qui prenaient la for-

me de prestations au coup par coup, étalées dans le temps, et peu moti-

vantes au niveau de la communication inter-disciplinaire.

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- 37 -

Des moyens plus concentrés auraient sans doute facilité les liai-

sons, et amélioré les capacités d'adaptation à des problèmes techniques

par ailleurs inévitables, mais une telle concentration était peu compa-

tible avec le mode de répartition des crédits propres du B.R.G.M.

* Les difficultés techniques ont été, principalement, de nature

informatique ; il ne faut cependant pas oublier que, à cette occasion,

le transport d'un certain nombre de logiciels d'application (GIMMAP,

SINUS) a été réalisé. Ce résultat, non spectaculaire dans la mesure où

il n'a pas été totalement exploité, n'est cependant pas négligeable.

* L'origine d'une grande partie de ces difficultés est à chercher

dans la conjoncture technologique : l'idée de construire une banque de

données graphiques à l'aide de programmes écrits en FORTRAN sur des

mini-ordinateurs des années 70 était justifiée en 1980, en l'absence de

systèmes à microprocesseurs spécialisés dans le traitement de données

graphiques numérisées. Ce n'est plus le cas aujourd'hui.

* Les problèmes de correction des données numérisées ont été sous-

évalués : cette difficulté n'est pas conjoncturelle, mais structurelle.

On peut dire qu'on a essuyé les plâtres dans ce domaine, mais qu'on en a

tiré les leçons : cette phase de correction après saisie existe toujours

sur les matériels modernes, mais elle est mieux maîtrisée et planifiée,

après les premières expériences.

* Le poids de la mise en oeuvre des logiciels d'application est

également une leçon importante à tirer de cette opération : il ne suffit

pas de reconnaître comme satisfaisante les caractéristiques d'un logi-

ciel pour savoir l'appliquer immédiatement, surtout s'il s'agit de pro-

duits pilotes, peu employés, et peu documentés ; un travail important de

communication avec les équipes de développement est à prévoir.

* Une dernière conclusion, enfin, s'impose : dans un programme

extrêmement multidisciplinaire, puisqu'on y traite de cartes hydrogéolo-

giques, de climatologie, de banques de données, de télétraitement,

d'informatique graphique, etc., les opérations gagnent à être découpées

avec précision. Cela n'entre pas en contradiction avec la première de

nos conclusions, où l'on suggère une organisation plus concentrée, mais

cela veut exprimer que des spécifications très précises de chaque opéra-

tion et sous-opération permettent de diagnostiquer plus vite et plus

sûrement les passages délicats, et de mieux localiser les difficultés.

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- 38 -

* On a vu au § precedent que l'on pourrait considérer comme exploi-

tables un certain nombre de points ; leur exploitation ne saurait se

faire efficacement qu'en tenant compte de ces leçons.

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- 39 -

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8 DELAROZIERE-BOUILLIN 0. (1970 b).

Etude sommaire de la distribution des ressources en eau souterraine

de la France.

Rapport n° 2. Notice explicative de la carte du débit des nappes

d'eau souterraine de la France. Données utilisées.

Rapport B.R.G.M. n° 70 SGN 299 HYD, 1970.

9 DELAROZIERE-BOUILLIN 0. (1971).

Evaluation des ressources hydrauliques. Utilisation comparée des

formules de THORHTHWAITE, TURC annuelle, TURC mensuelle et PENMAN

pour le calcul de l'évapotranspiration potentielle et l'évapotrans-

piration réelle moyenne. Application au territoire français.

Rapport B.R.G.M. n° 71 SGN 73 HYD.

10 DELAROZIERE-BOUILLIN 0., LABORDE J.P., MARGAT J. (1971).

Calcul automatique de la distribution spatiale des modules d'écou-

lement total et d'écoulement souterrain dans un bassin versant.

Programme FLOC.

Rapport B.R.G.M. n° 71 SGN 085 HYD.

11 GUILBERT X. (1984).

Système aquifère et qualité d'eau. Essai d'introduction d'éléments

synthétiques de paramètres de qualité dans un système spatial

d'information sur les eaux souterraines.

Thèse de 3e cycle soutenue le 28 mai 1984. Université de Nice.

12 LE CARPENTIER C. & SCHERER J.C. (1979).

Etude fréquentielle des besoins en eau d'irrigation - 1946-1976 -

Ministère Agriculture, Dir. Aménagement, Service hydraulique,

Paris.

13 LIENHARDT M.J. & MARGAT J. (1979).

Données hydrogéologiques de référence du territoire français, carte

et catalogue.

Rapport B.R.G.M. n° 79 SGN 342 HYD.

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14 LOUVRIER M. & MARGAT J. (1983).

Précipitations efficaces annuelles en France (1946-1976 - Carte à

1/1 500 000).

Rapport B.R.G.M. n° 83 SGN 003 EAU.

15 MARGAT J. & MONITION L. (1968).

Principe d'établissement d'une nomenclature des nappes souterraines

Rapport B.R.G.M. n° 68 SGN 040 HYD.

16 MARGAT J. (1976).

Carte et catalogue des principaux aquifères du territoire français.

Rapport B.R.G.M. n° 76 SGN 531 AME.

17 MARGAT J. (1978).

Nouvelle légende de carte hydrogéologique.

Rapport B . R . G . M . n° 78 SGN 473 HYD.

18 MARGAT J. (1980).

"Carte hydrogéologique de la France. Systèmes aquifères" Ed. BRGM.

19 PARASCANDOLA M.F. & al. (1982).

Synthèse hydrogéologique de la région Rhône-Alpes.

Rapport B.R.G.M. n° 82 SGN 380 RHA.

20 PETIT Y. (1979).

Un système informatique de gestion de bases de données : GEISHA.

Rapport B.R.G.M. 79 565 02 DI.

21 SCHOELLER H. (1962).

Les eaux souterraines, Masson, Paris.

22 Anonyme/Ministère de l'Environnement (1978).

Recueil de longues séries de précipitations efficaces en France.

(Ministère de la Culture et de l'Environnement, Dir. prév. poil. &

nuis., Serv. prob. eau/B.R.G.M.).