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Le bilan de masse (BM) d’un inlandsis sert à déterminer son état de fonte et il peut être estimé par modélisation climatique. Les modèles de calotte glaciaire (MCG) régissent la dynamique glaciaire, mais la surface de la calotte doit être forcée pour tenir compte de l’interaction entre la calotte et l’atmosphère. Cette interaction est résolue de manière plus précise par les modèles climatiques. Cette précision augmente encore si on utilise des modèles climatiques régionaux (RCM). En ciblant une superficie plus réduite, ils sont spécialisés pour résoudre les processus physiques spécifiques à la région en question. Cependant dans les régions polaires, la topographie et l’étendue de glace sont fixes dans les RCM. Or, celles-ci varient en fonction de la dynamique glaciaire. Par ailleurs, le bilan de masse en surface (BMS) doit forcer les MCG mais souvent, ce forçage est réalisé par des données de modèles de surface simples. Un couplage entre un RCM résolvant le bilan d’énergie à la surface du manteau neigeux (comme MAR), et un MCG (comme f.ETISh) devrait donc être bénéfique pour les deux modèles. Dans la perspective d’un couplage futur entre MAR et f.ETISh, nous avons réalisé 9 simulations f.ETISh forcées par le BMS et la température en surface issus de simulations MAR réalisées à 9 résolutions spatiales différentes (10-100 km) sur la période 1980 – 2015. L’objectif était d’isoler une simulation MAR utilisant une résolution la plus basse possible, pour forcer f.ETISh qui allie justesse des résultats et temps de calcul réduit. L’analyse spatiale des BMS annuels moyens venant de simulations MAR à différentes résolutions spatiales montre que les résultats à basse résolution surestiment le BMS, notamment dans le sud-est de l’île, par rapport aux résultats à haute résolution. Cela s’explique par une surestimation des précipitations modélisées par MAR à basse résolution causée par une mauvaise représentation des reliefs le long des côtes. Une technique ayant pour but de mieux répartir les précipitations sur l’inlandsis en fonction de la distance de la côte a été mise au point. L’objectif était que la répartition des précipitations à basse résolution se rapproche le plus possible de celle à haute résolution. La simulation à une résolution de 30 km pour les données MAR est un bon compromis entre justesse des résultats et temps de calcul. En effet, les résolutions plus fines n’améliorent pas significativement les résultats f.ETISh. Les expériences de correction de la répartition des précipitations montrent que la prise en compte de la distance de la côte n'est pas suffisante pour mieux répartir les précipitations à basse résolution. D’autres facteurs, comme la provenance des masses d’air amenant les précipitations, devraient être considérés. The mass balance (MB) of an ice sheet is used to characterize its melting state and can be computed by climate model. Ice sheet models (ISM) determine ice dynamic, but need forcing fields in order to take into account the interactions between the ice sheet and the atmosphere. These interactions are resolved more precisely by climate models and regional climate models (RCM) in particular. As they are run over a limited area, their physics can be calibrated to solve processes that are specific to the region of interest. In polar regions, the topography and ice extent are fixed in RCMs. However, both vary with ice dynamic. On the other hand, surface mass balance (SMB) needs to be forced in ISMs but often comes from simple surface models. A coupling between RCM explicitly solving the energy balance at the surface of the snow pack (such as MAR) and an ISM (such as f.ETISh) would therefore be beneficial for both models. With the aim of coupling f.ETISh and MAR, 9 f.ETISh simulations have been run with SMB and near-surface temperature forcing fields coming from MAR simulations run at 9 different spatial resolutions (10-100 km) during the period 1980 – 2015. The aim is to isolated one MAR simulation using the lowest resolution possible to force f.ETISh which combine relevant results and lowered calculation time. The spatial analysis of mean annual SMB from MAR simulations at different resolutions shows that low resolution results overestimate SMB compared to high resolution results, especially in the south-east of the island. It can be explained by an overestimation of the modeled precipitation by MAR at low resolutions caused by a misrepresentation of the landforms along the coast. A method has been developed to better distribute precipitation on the Greenland ice sheet as a function of the distance from the coast so that the distribution of the low resolution precipitation pattern would be similar to the high resolution one. We show that a 30 km resolution for MAR outputs is the best trade-off between relevant f.ETISh results and calculation time. Indeed, with finer resolutions, f.ETISh results are not significantly improved anymore. Precipitation distribution correcting experiments at low resolution show that it is not sufficient to only consider the distance from coast to correct it and other factors should be taken into account for the correction, like the origin of air masses which bring precipitation.

Groenland --- Modélisation --- Résolution spatiale --- Bilan de masse --- Bilan de masse en surface --- Greenland --- Modeling --- Spatial resolution --- Mass balance --- Surface mass balance --- Physique, chimie, mathématiques & sciences de la terre > Sciences de la terre & géographie physique

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Les changements climatiques sont au centre de nombreuses préoccupations. Les glaciers continentaux et plus spécifiquement les glaciers alpins sont des indicateurs de l’évolution de ces changements. Un des moyens permettant de les analyser est de réaliser leur bilan de masse conventionnel, c’est-à-dire de connaître l’évolution de leur volume au cours du temps en répétant des modélisations hypsométriques.
La photogrammétrie permet de réaliser cette modélisation grâce à l’utilisation d’images aériennes. Ces images peuvent être enregistrées par des capteurs satellitaires ou aéroportés. Elles dépendent de l’ensoleillement, de la couverture nuageuse au moment de la prise de vue, de la trajectoire de vol et d’autres facteurs pouvant empêcher la réalisation de cette modélisation au moment voulu.
L’arrivée sur le marché de drones bons marchés a permis de faciliter les prises de vue et de réaliser plus aisément par la même occasion une modélisation de surface des glaciers. Les drones permettent une acquisition des données pour un moindre coût dans un contexte physiographique aussi complexe que les glaciers de montagne.
Notre travail nous a permis de mettre au point un protocole d’acquisition de données par drone dans le contexte des petits glaciers, plus précisément le Glacier du Travignolo situé dans les Dolomites, ceci en vue d’étudier si le drone est un moyen efficient d’acquisition de données en milieu montagneux pour la réalisation de levers photogrammétriques permettant le suivi de l’évolution d’un glacier de montagne au cours du temps.
La mise en application sur le terrain du protocole développé nous a permis de confirmer et de valider l’efficience du drone en tant que moyen d’acquisition de données de qualité suffisante pour la reconstruction photogrammétrique d’un petit glacier de montagne. Nous avons également pu confirmer et valider la reproductibilité du protocole d’acquisition de données nécessaire au lever photogrammétrique.
Dans notre expérimentation, nous avons obtenu un GSD médian de la reconstruction de 3.1 cm/pixel et une erreur de reprojection inférieure au pixel. Cette information est de qualité supérieure aux valeurs rapportées par la littérature pour les petits glaciers, qui sont de l’ordre de 14 cm/pixel.
Les conclusions et recommandations contenues dans ce travail pourraient servir d’orientation pour de futures recherches dans ce domaine visant à obtenir une reconstruction tridimensionnelle à très haute résolution de petits glaciers. Climate change is a central focus of our short - and long - term concerns. Continental glaciers, alpine glacier in particular, represent indicators of the progress of these changes. One of the means to analyse them is to compute their conventional mass balance and to obtain knowledge about their volume evolution by repeated hypsometric modelisations.
Photogrammetry allows to perform this modelisation by using aerial imagery. These images can be registered by satellite or by airborne sensors. During registration, they depend on sunlight, cloud cover, flight trajectory and other factors preventing the adequate performance of the modelisation.
The arrival on the market of cheap drones made shootings easier and, therefore improved modelisation of glacier’s surface. Drones allow to get cheaper data in complex physiographic context such as mountain glacier.
Our study has allowed to develop a data capture’s protocol by drone in small glacier, more specifically in the Travignolo Glacier located in the Dolomites, aiming to address if the drone is an efficient way to capture data in mountainous area, in particular for photogrammetric surveys allowing to follow the evolution in time of the glacier.
The practical implementation of the developed protocole allows us to confirm and validate the efficiency of the drone as a mean to get data with sufficent quality to realise the photogrammetric reconstruction of a small glacier. We also confirmed and validated the repeatability of the data capture’s protocol.
In our experimentation, we have obtained a median GSD of 3.1 cm/pixel and a reprojection error being less than one pixel. This information is of higher quality than general values about small glacier from the literature, which are around 14 cm/pixel.
Conclusions and recommendations from this study may provide a rough guide for future research in the field, aiming to obtain a very high resolution 3D reconstruction of small glaciers.

Photogrammétrie --- Drone --- Glacier --- ContextCapture --- Physique, chimie, mathématiques & sciences de la terre > Sciences de la terre & géographie physique

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La ville de Goma est située dans le bassin du lac Kivu et fait face à des multiples aléas d’origine géologiques incluant les aléas volcaniques issus des volcans des Virunga et les séismes qui sont générés par l’activité du rift est africain. Spécifiquement par rapport aux aléas volcaniques, le principal risque provient des coulées des laves qui sont susceptibles d’affecter Goma en cas d’éruption du volcan Nyiragongo qui est situé à plus ou moins 15 Km seulement de la ville. Le bâti ainsi que la population sont donc à risque face à ces coulées de lave. Dans des telles conditions, il est important d’évaluer la vulnérabilité de la population et de ses biens pour savoir comment l’ensemble résisterait au choc d’une future coulée de lave. Cette composante de la vulnérabilité inclus l’aptitude d'une personne ou d’un bien à subir un dommage à la suite d'un événement naturel ou anthropique. 
La présente étude vise à évaluer la valeur économique du bâti des quartiers Virunga et Murara de la ville de Goma. Elle cherche à savoir : quoi et combien seraient perdu en terme de valeur économique du bâti dans ces deux quartiers en cas d’une future éruption du volcan Nyiragongo qui atteindrait ces deux quartiers. L’objectif est d’évaluer et de localiser la variation de la valeur économique du bâti. 
Grâce à une image Orthophoto de très haute résolution (17 cm) réalisée par le Musée Royal de l’Afrique Centrale (MRAC, Belgique), les surfaces bâties dans notre zone d’étude ont été déterminées et les travaux de terrain ont été planifiés. Ces travaux de terrain ont consisté à enquêter les bâtiments et à soumettre des questionnaires d’enquêtes aux ingénieurs architectes ainsi qu’aux commissionnaires des parcelles de la ville de Goma. Les données de terrain ont été traitées sous Excel et QGIS pour produire des graphiques et avoir une base de données qui a permis la représentation spatiale de nos résultats. 
Les résultats obtenus montrent que la valeur économique du bâti dans les deux quartiers varie suivant trois zones d’espace distinctes : (1) les zones d’espace située le long des routes principales qui affichent les valeurs économiques les plus élevées, (2) les zones d’espace occupées par les grandes structures telles que les écoles, les hôpitaux, …., que nous avons appelé dans ce travail, « structures isolées », qui affichent les valeurs économiques moyennes et (3) les zones à l’intérieur des avenues qui affichent les valeurs économiques les plus faibles. 
L’évaluation par rapport à l’impact des coulées de lave a montré qu’en cas d’une éruption semblable à celle de 2002, les zones qui seraient les plus impactées sont les zones le long des routes principales et les structures isolées, c’est-à-dire les zones à grandes et à moyennes valeurs économiques. Des tels résultats peuvent être utilisés par les gestionnaires des catastrophes pour savoir comment répondre aux crises en cas d’une éventuelle éruption du Nyiragongo dont les coulées de lave affecteraient la ville de Goma.

Volcan Nyiragongo --- Valeur économique --- Bâti --- coulées de lave --- ville de Goma --- Sciences du vivant > Sciences de l'environnement & écologie

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Gully erosion is the removal of soil by surface runoff, typically on hillsides. This process creates what we called a gully, which is represented by a ravine with a head-cut and high slope variations. Gully erosion has negative impacts on people's activities but also on the infrastructures. Some regions, such as Africa, suffer more from these impacts. Several researches were made to understand Gully erosion and build models to detect gullies in order to potentially reduce its impacts. However, current models do not work at a country-wide or continent-wide scale. The purpose of this master thesis is to determine if neural networks can be used as models to predict gullies with the help of freely worldwide available satellite data. The first step was to create a database composed of satellite images representing gully and no-gully points. To perform the predictions, three different models were used: a baseline, a CNN, and a ResNet. These models were tested on different data sets i.e., Ethiopia and Africa data sets. The data sets are based on the satellite images database from which different features are extracted. Results obtained with baseline model are closed to a random classifier for any data set configuration. The CNN and ResNet perform better on the configuration of some data sets, in particular on the data sets that do not separate sites between train and test sets. This non-distinct separation between sites implies models are good at predicting similar images than those seen during the training. When data set configuration forced a distinction in sites used to train and test the models, which is the configuration required to have models able to predict gullies on a totally new site, results obtained are also close to a random classifier. These results point out some limitations of the current database i.e. data points similarity, the quantity of labeled data, and the resolution of satellite images. However, these limitations could be reduced and future work ideas, with preliminary results, are proposed in this work. These perspectives show some improvements with an accuracy close to 0.6. The work achieved in this master thesis is a first step for the development of deep learning architectures to predict gully headcuts at a large scale. This brings some guidance to improve results and possibly to have powerful model.

deep learning --- gully erosion --- machine learning --- Ingénierie, informatique & technologie > Sciences informatiques

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L’érosion côtière est l’un des risques majeurs qui affecte toutes les côtes du monde. Des côtes occidentales aux celles d’Afrique Atlantique, toutes sont frappées. D’autres zones le sont plus. Sur les côtes camerounaises, ce phénomène se manifeste de façon disproportionnée. Le littoral à Idénau, à Kribi et à Cap Cameroun constituent les hots spots. Ce travail se focalise sur les deux derniers sites sites.
Il est question d’analyser les facteurs amplificateurs de l’érosion côtière à l’œuvre à Cap Cameroun et Kribi, l’ampleur de l’érosion actuelle et les défaillances observé dans les stratégies locales et étatiques de gestion.
La démarche méthodologique a consisté en la collecte et le traitement (classification et digitalisation) des images Landsat (1973, 1986, 2000, 2004, 2016, 2017) et Google Earth (2000 & 2016) sous les logiciels Argis 10.2® et Erdas Imagine 2014®. Les traits de côtes sont extraits et ont servi à la modélisation de l’érosion côtière sur les deux sites. Les observations de terrain et des entretiens ciblés sont faits lors du stage effectué à la MEAO-Kribi.
Il se trouve que ce phénomène est la résultante des causes à la fois naturelles (l’action de la marée, du climat…) et beaucoup plus anthropiques (croissance démographique, aménagements portuaires, l’extension agro-industrielle…). Au niveau du couvert forestier (mangrove et forêt de terre ferme) une forte dégradation est observée. À Kribi, la forêt dense par exemple est passée de 67 % en 2004 à 58,78 % en 2016 ; la forêt secondaire de 17 % en 2004 à 23 %, avec une forte tendance vers la dégradation. Les forêts dégradées se sont étendues passant de 8,23 % en 2004 à 11,28 % en 2016 de même que les sols autour de la ville. À Cap Cameroun, les mangroves stables sont passées de 4507.02 ha (5.99%) en 1986 à 5865.01 (7.92%) en 2000, puis 3410.82 ha (1.92%) en 2016.
Cette dégradation rime avec l’érosion côtière qui est déjà très active à Cap Cameroun, avec un recul de +-0,38 m/an à +-1,12 m/an quantifiés. Il s’annonce à Kribi mais sans effets très pervers, car plus de 72,32 % du trait est resté stable, 1,3 % en accrétion et 26,33 % en érosion.
La réaction des autorités face à cette situation ne semble pas efficace, car de mesures concrètes et durables ne sont pas visibles sur le terrain.
Il faut revégétaliser la mangrove du front de mer à Cap Cameroun, améliorer les technique de fumage des poissons, réduisant ainsi la pression sur la mangrove ; construire des épis durables à Kribi, appliquer les acquis du PGES du PAK, notamment les volets liés à la gestion des externalités négatives sur l’environnement.

Cap Cameroun, érosion côtière, Kribi, Gestion, Risques naturels --- Sciences du vivant > Sciences de l'environnement & écologie