Les systèmes d'information géographique (SIG) sont des outils utilisés dans de nombreux domaines de la connaissance en raison de leur utilité pour traiter les informations géographiques et les données associées afin d'effectuer des analyses qui permettent la prise de décision.
L’Observatoire de la durabilité de l’irrigation utilise un SIG pour gérer d’importants volumes d’informations graphiques. Ces informations proviennent généralement du ministère de l’Agriculture, d’autres organismes officiels, ou d’une combinaison des deux. Cela permet d’étudier et d’analyser divers éléments et variables qui influencent directement ou indirectement l’irrigation, ainsi que d’en assurer le suivi, avec pour principal objectif l’optimisation de l’utilisation des ressources et l’amélioration de la productivité et de la durabilité de l’irrigation. Pour réussir, il est essentiel de garantir que les informations soient aussi à jour que possible, ce qui nécessite un travail de terrain et un travail de bureau complémentaires.
Le document suivant contient les principaux concepts techniques de ces outils et leurs applications pratiques d'un point de vue général et dans le domaine de l'irrigation en particulier, ce qui permettra de contextualiser l'application des SIG.
De même qu'un traitement de texte sert à rédiger des documents et à travailler avec des mots sur un ordinateur, un système d'information géographique (SIG) sert à traiter des informations spatiales. Il se compose essentiellement de :
Il y aurait deux autres éléments : les personnes qui prennent les décisions dans ce travail et les méthodes utilisées pour l’effectuer correctement.
Avec une application SIG, vous pouvez ouvrir des cartes, créer ou modifier des informations spatiales et effectuer des analyses entre différents éléments de données géographiques.
Figure 1. Exemple de système d'information géographique (Google Maps, images de la NASA, 2024).
Contrairement à une idée répandue, les origines des SIG remontent aux années 1960, le Canada étant le pays pionnier dans leur développement. Dès les années 1970, ils étaient solidement implantés et, grâce à de nombreuses avancées technologiques, ils sont devenus un outil indispensable dans une multitude de secteurs professionnels.
Un SIG peut être défini comme un système de stockage cohérent d'informations spatiales pouvant être mis à jour, modifié et analysé avec un minimum d'effort.
La définition d'un système d'information géographique peut également être abordée sous différents angles.
Un ensemble intégré de moyens et de méthodes informatiques, capables de collecter, vérifier, stocker, gérer, mettre à jour, manipuler, extraire, transformer, analyser, afficher et transférer des données géoréférencées sur la Terre.
Modèle informatisé du monde réel, dans un système de référence lié à la Terre pour répondre à des besoins d'information spécifiques.
Figure 2. Composantes des systèmes d'information géographique.
Les applications SIG sont des programmes dotés d'une interface utilisateur graphique (GUI) qui peut être manipulée à l'aide de la souris et du clavier et qui permet la visualisation et la gestion de données géographiques.
Ces types d'applications facilitent l'accès à de nombreux outils d'analyse pour l'exploitation des données géographiques, permettant la création de nouvelles couches, tables ou cartes qui soutiennent des analyses plus poussées, aident à résoudre et à diagnostiquer différentes situations et, par conséquent, à prendre des décisions.
Il existe de nombreuses applications SIG, allant des plus simples, avec des capacités de visualisation mais peu d'options d'analyse, aux plus complexes et sophistiquées, avec un coût économique élevé.
Actuellement, il existe deux possibilités d'utilisation des logiciels SIG, soit par le biais du paiement d'une licence telle quelle. ArcGIS créé par la société ESRI (Environmental Systems Research Institute) ou des logiciels libres et open source tels que QGIS.
Figure 3. Interface ArcGIS (à gauche) et interface QGIS (à droite).
Les données géographiques sont une représentation d'entités du monde réel. Cette modélisation peut être réalisée à l'aide de deux méthodes différentes : la modélisation vectorielle ou la modélisation raster.
Dans un SIG, les entités géographiques sont souvent représentées sous forme de vecteurs, tout en préservant leurs caractéristiques géométriques. La modélisation du monde réel s'effectue grâce à trois types d'objets spatiaux : points, lignes et polygones.
Le choix de l'objet à utiliser dépend de la nature de l'entité représentée et de l'échelle à laquelle elle doit l'être. Par exemple, à une échelle donnée, un lac peut être représenté par un polygone, une rivière par une ligne et une prise d'eau par un point ; mais à une échelle plus grande, cette même rivière peut également être représentée par un polygone.
Dans la figure suivante, vous pouvez voir une partie d'un plan simple dans lequel différents types d'objets spatiaux sont représentés sur une orthophoto selon leur topologie de point, de ligne et de polygone, faisant référence à une modernisation de l'irrigation dans la Communauté d'irrigation de Páramo Medio (León-Espagne).
Figure 4. Exemple d'une image Sentinel du 2 juin 2023, dans le nord de Badajoz (couleurs réelles).
Il s'agit du type de fichier le plus répandu pour le stockage des données vectorielles.
UN fichier de formes (couche) Il peut contenir un seul type d'objet spatial (point/ligne/polygone) et stocke à la fois les coordonnées qui décrivent la géométrie de l'entité du monde réel et les attributs alphanumériques qui la définissent.
Pour stocker toutes ces informations, un seul systèmefichier hape (couche) Il est composé d'au moins 3 fichiers portant le même nom mais ayant des extensions différentes :
| Extension | Description | Obligation |
|---|---|---|
| .shp | Fichier principal stockant la géométrie de l'entité. | Obligatoire |
| .dbf | Tableau dans lequel sont stockés les attributs de chaque entité. | Obligatoire |
| .shx | Fichier d'index qui stocke l'index géométrique de l'entité | Obligatoire |
| Non obligatoire, mais fortement recommandé | ||
| .sbn | Fichier d'index spatial associé | Facultatif |
| .prj | Stocke les informations relatives au système de référence (RS) | Facultatif |
| .xml | Enregistrer les métadonnées du fichier | Facultatif |
Figure 5. Tableau répertoriant les extensions de fichiers spécifiques aux fichiers de formes.
Figure 6. Exemple d'affichage d'un fichier shapefile (shp) depuis le navigateur.
Dans un modèle raster, les entités du monde réel sont structurées dans une matrice de cellules (ou pixels) organisées en lignes et en colonnes, où chaque cellule contient une valeur qui représente des informations spécifiques : hauteur, pente, température, coût, temps, etc.
De manière générale, ce modèle représente les photographies aériennes, les images satellites et les cartes numérisées.
La structure raster est également largement utilisée lorsqu'il est nécessaire de croiser de nombreuses couches d'informations de natures différentes pour obtenir une valeur qui nous aide à interpréter la réalité géographique ou à prendre une décision à son sujet.
De cette manière, un réseau hydrographique peut être représenté sous forme de raster où les cellules contenant une rivière ont une valeur spécifique et les cellules où il n'y a pas de réseau ont une valeur nulle.
Figure 7. Comparaison de la modélisation d'une même zone, sous forme de modèle vectoriel et sous forme de modèle raster.
Les données alphanumériques enrichissent les données géographiques en fournissant des informations associées à une entité du monde réel. Ces données sont collectées dans des tables attributaires, liées au fichier vectoriel ou raster. On distingue deux types de données alphanumériques : les données spatiales et les données non spatiales.
Il s'agit d'informations alphanumériques qui caractérisent des données géographiques représentées géométriquement par un vecteur (point, ligne ou polygone). Ce type de données accompagne le vecteur.
Elles contiennent des informations alphanumériques sans nécessairement avoir de caractère géographique. Elles enrichissent les données géographiques ; par exemple, un polygone dans un inventaire forestier peut également comporter une valeur servant d’identifiant et d’information sur les essences d’arbres, ou un polygone représentant une zone irriguée peut contenir des informations spécifiques sur cette zone (voir figure ci-dessous). Dans les données raster, la valeur d’une cellule peut stocker des informations attributaires, mais elle peut également servir d’identifiant pour faire référence aux enregistrements d’une table.
Figure 8. Exemple d'informations relatives à la zone d'irrigation du Canal Bajo del Alberche (Tolède, Espagne) collectées dans le tableau des attributs.
Une fois que la définition d'un système d'information géographique et les types de données sur lesquels il repose sont connus, un modèle de flux de travail standard et simple peut être établi et répété dans toute tâche d'analyse SIG.
Figure 9. Exemple d'informations relatives à la zone d'irrigation du Canal Bajo del Alberche (Tolède, Espagne) collectées dans le tableau des attributs.
Cette phase consiste à capturer ou à créer les données géographiques et alphanumériques qui alimentent notre référentiel de données SIG. L'origine de ces données est très variée : elles peuvent provenir de couches déjà présentes dans d'autres systèmes, de collectes de données sur le terrain, de la génération de couches à partir de listes géocodées ou encore de l'intégration de données satellitaires, par exemple.
Une fois les nouvelles données géographiques disponibles dans un système de coordonnées, la première étape consistera à vérifier leur système de référence de coordonnées.
Comme indiqué précédemment, ces données modélisent une entité réelle ; par conséquent, il est essentiel que cette modélisation repose sur la localisation spatiale exacte de l’entité représentée. Différents systèmes de référence existent, et il est crucial de savoir lequel est utilisé pour les données, ainsi que les transformations effectuées entre ces différents systèmes.
Une fois les données correctement localisées dans l'espace, leur validité est vérifiée et, si nécessaire, les modifications correspondantes sont apportées.
Cette édition peut être de deux types : vectorielle et alphanumérique.
Vérification de l’exactitude des données représentées : mise à l’échelle et mise à jour.
Le cas échéant, des corrections appropriées doivent être apportées, ou une autre source de données mieux adaptée aux besoins du système doit être trouvée.
Topologie. La modification d'une entité vectorielle doit être effectuée en tenant compte des relations topologiques établies sur la base de la réalité spatiale représentée.
Si cette réalité ne permet pas le chevauchement de différents éléments (par exemple, un même emplacement ne peut pas être simultanément à l'intérieur et à l'extérieur d'un même espace), l'entité géométrique correspondante doit respecter cette condition.
Ce type de correction peut être automatique, manuel ou une combinaison des deux.
Vérification de la validité des données présentes dans les tables d'attributs ou les données associées et, le cas échéant, correction des enregistrements erronés ou obsolètes.
Cette modification peut être effectuée manuellement, bien qu'il existe également des outils pour la faciliter, et elle dépend à la fois de l'application SIG et des outils liés à la base de données utilisés.
L'analyse spatiale des données de notre système, ou géotraitement, est l'élément fondamental de ce processus, et c'est ce qui permet d'obtenir des réponses et des solutions aux problèmes soulevés.
Ce processus permettra d'obtenir de nouvelles données qui alimenteront le référentiel et qui pourront à leur tour faire l'objet d'analyses ultérieures.
Outre les données qui seront stockées dans notre dépôt, le résultat du travail d'édition et d'analyse peut générer des cartes papier ou des données pouvant être diffusées via le web (WMS). À cet égard, de nombreux sites officiels et non officiels proposent ces services, parmi lesquels se distingue le site web de l'Infrastructure de données spatiales de l'Espagne (IDÉE) qui comprend les principaux services de toutes les administrations espagnoles.
Figure 10. Exemple de services WMS proposés par IDEE sur son site web https://www.idee.es/
Compte tenu des caractéristiques des SIG, et comme cela a déjà été mentionné, leur utilisation offre de nombreux domaines d'application et de portée.
L’Observatoire de la durabilité de l’irrigation utilise ces outils SIG comme un complément fondamental, depuis la représentation de différentes entités graphiques sur les cartes jusqu’aux analyses spécifiques basées sur le recoupement de différentes couches pour obtenir des informations à utiliser dans des calculs ultérieurs.
Ce qui suit est une brève description de quelques-unes des utilisations et applications des systèmes d'information géographique.
Les systèmes d'information géographique (SIG) sont souvent confondus, à tort, avec les logiciels de cartographie. Bien qu'ils puissent effectivement servir à cet usage, cela ne représente qu'une infime partie du potentiel des SIG.
À partir de données sources compilées et fournies par des fournisseurs en ligne, etc., et adaptées à un projet SIG spécifique, des cartes peuvent être créées à différentes échelles, tailles et avec des fonctionnalités variées, selon les besoins définis par le bureau d'études pour une étude particulière. La qualité et la précision des cartes obtenues dépendent de l'expertise technique du bureau d'études et de l'expérience de l'opérateur SIG.
L'objectif de ces cartes est très diversifié. Par exemple : cartes d'appui pour la vérification, le piquetage ou les travaux de terrain ; cartes de résultats pour les études ; etc.
Vous trouverez ci-dessous deux types de cartes utilisant différentes sources, telles que des images raster fournies par des serveurs WMS (par exemple, des images satellites), des calques ou des couvertures de topologies variées. Des éléments de représentation de base peuvent être ajoutés aux cartes, comme l'orientation nord, la légende, le cartouche avec logos, les titres, l'échelle numérique indiquant le format du papier, l'échelle graphique, l'étiquetage, etc.
Exemple 1 : Carte créée à partir de la numérisation d'un plan papier. Zone d'intérêt général d'Alange. Résumé des opérations : numérisation, géoréférencement, ajustements et intégration dans la couche « Zones d'intérêt général ». Le plan ajusté est présenté ci-dessous ; il intègre les informations issues des documents officiels. La carte est basée sur la Carte topographique nationale et comprend des symboles d'orientation nord, un quadrillage, une légende, un cartouche avec logos, une description, une échelle et des titres.
Figure 11. Carte papier originale de la zone d'irrigation d'Alange (Badajoz, Espagne) destinée à la numérisation et à l'intégration dans un système d'information géographique. Source : OSR.
Figure 12. Exemple de carte générée à partir de la zone d'irrigation d'Alange (Badajoz, Espagne) par numérisation et intégration de données papier dans une couche (par exemple, un fichier shapefile) ou une géodatabase (GDB) d'un système d'information géographique. Source : OSR
Le point précédent anticipe les fondements des systèmes d'information géographique (SIG), à savoir la création de ces couches graphiques. Reprenons l'exemple précédent : à partir d'un processus de collecte d'informations – qu'il s'agisse de données graphiques (plans comme celui de la figure, au format numérique ou autre) ou de données alphanumériques issues de documents officiels, de calculs, etc. – différentes couches sont générées. Ces couches ont diverses applications, dont une, de plus en plus courante, est la mise à disposition de services en ligne via des serveurs permettant l'intégration de ces informations dans un projet SIG. Il existe également des portails, communément appelés géoportails, pour l'affichage de ces informations.
Le ministère de l'Agriculture dispose d'un Géoportail Il contient une grande quantité d'informations et est actuellement mis à jour régulièrement. L'exemple suivant illustre la même zone que l'exemple précédent (zone irriguée d'Alange), intégrée au géoportail et accessible à tout internaute, qui peut consulter les métadonnées et les informations associées aux données spatiales affichées.
Figure 13. Visualisation de la couche des zones irriguées d'intérêt national à l'aide du géoportail. Accès aux informations complémentaires pour la zone consultée (zone irriguée d'Alange Badajoz, Espagne). Source : CARTE : https://sig.mapa.gob.es/visor/#/visor2/geoportal
En général, pour la plupart des études qui se rapportent au territoire (par exemple, les municipalités, les provinces, les bassins fluviaux, les aquifères, etc.), il est nécessaire d'évaluer les informations géographiques associées à des couches qui peuvent être superposées et ainsi avoir la possibilité d'interpréter ces données et de parvenir à des conclusions décisives pour l'étude spécifique.
Il est important de rappeler que les systèmes d'information géographique (SIG) doivent être utilisés comme un outil d'aide à la décision, et que l'utilisation des informations qui en résultent relève de la responsabilité du consultant qui réalise l'étude. Il est recommandé d'accompagner les graphiques du titre de l'étude et du nom de l'auteur afin de toujours contextualiser les informations présentées.
Un exemple simple de référencement croisé consiste à calculer la superficie des terres irriguées par commune par rapport à la superficie totale de chaque commune. Cela nécessite une couche contenant la topologie polygonale des communes et une autre couche contenant des polygones représentant les zones irriguées. En croisant ces couches avec les outils logiciels SIG existants, les données disponibles sont exportées vers d'autres formats et traitées. En pratique, les données sont exportées dans un format compatible avec les tableurs ou les bases de données comme Access, puis les opérations nécessaires sont effectuées.
Figure 14. Couche d'irrigation de l'Observatoire de la durabilité de l'irrigation (OSR) et couche municipale de l'Institut géographique national.
Après quelques opérations simples, le résultat serait similaire à ce qui suit :
Figure 15. Exemple de résultats concernant le pourcentage de terres irrigables par municipalité, obtenus à partir de couches SIG et traités à l'aide de tableurs et/ou de bases de données. Source : OSR.
Vous trouverez ci-dessous une liste de liens donnant accès à des renseignements sur les systèmes d’information géographique disponibles au ministère de l’Agriculture :
Visionneuse SigPac V 4.11 (mapa.gob.es)
Système d'information géographique pour les données agricoles (mapama.gob.es)
Système d'information géographique pour les parcelles agricoles (SIGPAC) (mapa.gob.es)
Sentiers naturels (mapa.gob.es)
Produits alimentaires d'Espagne (mapama.gob.es)
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