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Guide du SIG libre

12 Créer des scénarios d’impacts de désastres naturels dans QGIS avec InaSAFE

Les Libres Géographes

v1.0, 01/12/2015

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Paternité (BY) - Partage des Conditions Initiales à l'Identique (SA)

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Principes de la gestion des risques

Un risque naturel est la menace qu’un événement intempestif dangereux, dû à un phénomène naturel appelé aléa naturel dont la probabilité est variable, ait des effets dommageables sur les enjeux (personnes, biens, infrastructures, etc.) présents dans les zones à risque.

Les aléas (hazard en anglais) naturels sont de plusieurs types :

  • météorologiques comme les cyclones (ou typhons en Asie), tornades, tempêtes, orages, pluies torrentielles, inondations, chutes de neige, avalanches, épisodes de canicule débouchants sur des sécheresses, grands froids, verglas, etc.

  • géologiques tels que séisme (ou tremblement de terre), volcanisme, glissement de terrain, écroulement, éboulement, chute de pierres, coulée de boue, volcaniques, etc.

  • maritimes, tel que tsunami, forte houle, submersion marine, érosion du littoral.

Les aléas naturels peuvent causer différents types de dommages pour les enjeux des zones qu'ils affectent. Ils sont d'intensité variable, pouvant causer des dégâts potentiellement faibles à très élevés. Leur fréquence peut également varier beaucoup selon les zones géographiques : certaines par exemple seron affectees tres regulièreent, parfois chaque annee, par des inondations importantes, alors que ce type d'événement peut n'avoir lieu qu'une fois par siècle dans d'autres. La probabilité d'un aléa n'est pas forcément liée à sa fréquence : dans le cas de zones sismiques par exemple, l'énergie s'accumule au fil du temps sur le plan de faille et se libère lors du séisme, de sorte que la probabilité de l'occurrence d'un séisme dans une zone a fortes sismicité tend à croître avec le temps.

La gravité du risque va aussi dépendre de la vulnérabilité des enjeux. La vulnérabilité recouvre des facteurs variés, aussi bien physiques, sociaux, économiques ou environnementaux : par exemple des édifices mal conçus ou construits et donc peu résistants à certains aléas naturels, une population peu informée aux dangers et aux moyens de les atténuer, une mauvaise gestion de l'environnement qui va renforcer les effets de l'aléa. Si la vulnérabilité des enjeux est faible, le risque sera faible ; inversement si leur vulnérabilité est forte, le risque sera fort. Par exemple, des édifices construits selon des méthodes antis-sismiques pourront résister à un tremblement de terre, et sont donc peu vulnérables, même pour dans le cas de séisme de forte intensite. Par contre, des bâtiments peu résistants seront très vulnérables, même dans le cas de séismes modérés en intensité.

La vulnérabilié peut être variable dans le temps (par exemple selon la saison) et au sein des enjeux (groupe au sein de la population, partie des infrastructures, etc.). Dans certaines définitions, les enjeux et leurs vulnérabilités sont regroupés sous la dénomination de vulnérabilités.

Au final, le risque se réduit à la formule suivante :

 

Risque = aléa (X probabilité d'occurence) x enjeux (x leur vulnérabilité)

 

Ressources

►Module de cours en ligne de l'UVED (Université Virtuelle de l'Environnement et du Développement Durable) intitulé "Évaluation et gestion des risques naturels", dont les auteurs sont des enseignants de l'Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne et de l'Université de Nice Sophia-Antipolis en France. Il s'adresse à la fois à des étudiants de M2 et des professionnels de domaines liés à l'environnement et le développement durable. Il permet de comprendre les modalités de passage d’un aléa à un risque naturel et de savoir mettre en œuvre une démarche de diagnostic permettant d’évaluer le risque. Il fournit en outre des ressources : glossaire, bibliographie et webographie.

https://e-cours.univ-paris1.fr/modules/uved/risques-naturels/html/

►Ouvrage de Frédéric Leone, Nancy Richemond, Freddy Vinet qui enseignent la géographie des risques naturels à l’Université Paul Valéry Montpellier III : Aléas naturels et gestion des risques, PUF, 2010, 288 p. Les auteurs abordent successivement la problématique de la géographie des risques, les aléas d’origine géodynamique, les aléas d’origine hydroclimatique, les vulnérabilités et enfin les aspects de gestion des risques naturels (approches, outils et gouvernance).

Le site de l'éditeur fournit la description de l'ouvrage, mais également la bibliographie et la webographie complètes.

http://www.puf.com/Autres_Collections:Al%C3%A9as_naturels_et_gestion_des_risques  

►La terminologie pour la prévention des risques de catastrophe du UNISDR (Bureau des Nations Unies pour la réduction des risques de catastrophes) a été mise au point en 2009. Elle fournit une terminologie officielle des notions liées à la gestion des risques avec leur équivalent en anglais. C'est notamment dans ce document que hazard est traduit en aléa, exposure en enjeux, etc. (voir page 33  et 34 du document).

http://www.unisdr.org/files/7817_UNISDRTerminologyFrench.pdf

►Cartorisque est un site web du Ministère français de l'écologie, du dévelopement durable et de l'énergie qui présente des cartes dynamiques de risques sur le territoire français. Il montre un aperçu de la cartographie de risques mise en place au niveau d'un État et diffusé sur le web.

http://cartorisque.prim.net/

Le projet InaSAFE

InaSAFE est un logiciel qui prend la forme d'une extension pour le logiciel de SIG libre QGIS. Il produit des scénarios réalistes d'impact de désastres naturels pour la planification, la préparation et la réponse de crise. Concrètement, il permet de définir des couches d'aléas et d'enjeux et d'utiliser une fonctionnalité SIG standard qui consiste à analyser le résultat de la superposition géographique de deux couches, et produit une nouvelle couche d'enjeux qui détermine quels sont les enjeux impactés par les aléas (en rouge) de ceux qui ne le sont pas (en vert), ainsi qu'un décompte des enjeux (populations ou infrastructures) organisés en catégorie si l'information existe. Il est possible d'obtenir des données désagrégées selon un découcpage administratif. Différentes mises en page permettent d'imprimer la carte d'impacts sur les enjeux. Le logiciel permet également de définir des besoins minimaux pour la population, tant pour des produits alimentaires que non alimentaires, qui sont utilisés ensuite pour établir des plans de contingence pour les personnes affectées par l'aléa.

InaSAFE fournit ainsi une manière simple, mais rigoureuse de combiner de la donnée provenant de scientifiques, d'autorités locales et de communautés afin de fournir un aperçu des impacts probables des désastres naturels, en produisant des cartes spatiales d'impact sur les vulnérabilités et des plans de contingence, à la fois en préparation et en réponse de crise. Il s'appuie sur la possibilité offerte par le projet OpenStreetMap d'accéder à une information précise et fiable concernant l'emplacement des lieux d'habitation, alors que ce type de données était jusqu'alors le maillon faible des scénarios d'impact des désastres naturels.

InaSAFE a été initialement conçu et développé à partir de juin 2012 par l'Agence nationale de gestion des désastres d'Indonésie (BNPB), l'ONG HOT, le gouvernement australien la Banque mondiale - Global Facility for Disaster Reduction and Recovery (GFDRR) et des contributeurs indépendants. Cette extension est de plus en plus utilisée dans d'autres territoires en raison de son efficacité et le fait que s'appuyant sur des outils et des données libres, elle peut être mise en oeuvre aussi bien par des organisations gouvernementales que des collectivités locales ou des étudiants dans leurs travaux. InaSAFE a fait l'objet d'une importante documentation rédigée par les initiateurs du projet, mais jusqu'à la fin de l'année 2015, elle n'a été disponible qu'en indonésien et en anglais. De fait, le logiciel a été peu ou pas utilisé au sein de la sphère francophone. Le présent chapitre constitue ainsi la première documentation francophone réalisée sur InaSAFE.

Ressources

Dans cet article, la Banque mondiale - GFDRR décrit son approche pour l'amélioration de la gestion des risques et désastres, qui s'articule autour du projet Initiative pour le libre accès aux données et la résilience (OpenDRI). Un guide a été conçu pour en expliquer les principes à travers le développement de la donnée libre via la cartographie participative avec OpenStreetMap. Le projet Open Cities vise à intégrer cette approche dans la planification urbaine pour améliorer la résilience des zones vulnérables. Le projet GeoNode constitue une plate-forme promue par la Banque mondiale pour le stockage des données de référence à l'échelle nationale. La Banque mondiale participe également au financement du développement d'InaSAFE.

http://www.banquemondiale.org/fr/news/feature/2014/03/19/field-guide-explores-open-data-innovations-for-disaster-risk-and-resilience

Utiliser InaSAFE

Installation

InaSAFE est une extension disponible dans le depôt officiel des extensions QGIS. Pour le télécharger et l'installer, il faut au préalable s'assurer d'être connecté à internet et suivre les étapes suivantes :

| Aller dans le menu Extension > Installer/Gérer les extensions

| Saisir "InaSAFE" dans la zone Rechercher tout en haut, qui permet de filtrer les extensions

| Cliquer dans la liste sur InaSAFE

| Cliquer sur le bouton et attendre la fin du téléchargement et de l'installation qui suit sans transition

Menus et barre d'outils

Une fois l'extension installée, les outils d'InaSAFE sont accessibles à la fois depuis une barre d’outils spécifiques, qui n’en présente que les plus importants, et un menu.    

La barre d'outils prend cette forme depuis la version 3.2 :

InaSAFE_barre_outils.png

Le menu accessible depuis Extension > InaSAFE se présente ainsi depuis la v 3.2 :

Le panneau InaSAFE peut s'afficher avec le premier outil de la barre ou le premier élément du menu. Dans un projet vide, il présente un résumé des instructions pour utiliser InaSAFE, accompagné d'une liste de limites d'InaSAFE, afin que l'utilisateur potentiel ne se méprenne pas sur la finalité et les capacités de l'extension :

InaSAFE_panneau_projet_vide.png

Une analyse InaSAFE ne peut donc fonctionner sans au moins une couche d'aléas et une couche d'enjeux.

Analyser les couches

Il est conseillé de réutiliser les techniques de l'exploration de données expliquées dans un précédent chapitre du Guide.

Regarder prticulìerement les attributs pour identifier précisément les champs d'informations qui peuvent être utilisés dans l'analyse, comme une profondeur d'inondation.

Définir des couches d'enjeux, d'aléas ou d'agrégation à l'aide de mots-clés

InaSAFE a besoin de connaître quelles sont les couches à prendre en compte dans l'analyse d'impact. Plutôt que de devoir à chaque lancement renseigner tous les paramètres nécessaires, ces informations sont ajoutées à la couche sous forme d'un fichier texte portant le même nom, mais dont l'extension est .keywords ("mots-clés" en français). InaSAFE va puiser dans ce fichier les informations dont il a besoin pour connaitre le type de couche (enjeux, aléas ou agrégation), leur catégorie (inondation ou séisme par exemple pour un aléa) et les autres paramètres (tel un champ d'information sur la hauteur de l'inondation),

Il s'agit donc d'une étape préliminaire lorsqu'on désire intégrer pour la première fois une couche de données géographiques dans une analyse InaSAFE. Pour renseigner ces informations, il faut effectuer les étapes suivantes :

| Cliquer sur le nom de la couche sur laquelle il faut ajouter des mot-clés, afin de l’activer

| Cliquer sur le bouton d'assistant d'ajout de mots-clés

Le Pas-à Pas s’ouvre alors :

Sélection_045.png

Choisir au départ s’il s’agit d’une couche d’enjeux, d’aléas ou d’agrégation et suivre le processus jusqu’au bout.

Alternative : télécharger la donnée OSM depuis InaSAFE

Dans InaSAFE, les couches d'aléas doivent être créées et récupérées sur des logiciels et des services externes. Par contre, le logiciel dispose d'une fonction de récupération de la donnée d'enjeux issue d'OpenStreetMap. Cela permet à ceux qui ne sont pas familiers avec la base OSM de récupérer directement la donnée sans passer par des services tierces comme le HOT Export, mais aussi à quiconque de récupérer la donnée d'enjeux OSM à jour en quelques clics. Autre intérêt : la donnée récupérée aura déjà des mots-clés, ce qui épargne l'utilisateur de cette étape.

| Cliquer sur le bouton de téléchargement des données OpenStreetMap InaSAFE_telechargement_OSM_bouton.png qui va ouvrir la fenêtre suivante

InaSAFE_telechargement_OSM_fenetre.png

Il est possible de télécharger non seulement les bâtiments sous forme de polygones, mais également de points : il s’agit d’une alternative intéressante si la zone d'analyse est très vaste et/ou si l’ordinateur n’est pas très rapide, afin de raccourcir le temps nécessaire pour que l’analyse soit produite, sans pour autant modifier ses résultats. Parmi les enjeux possibles récupe’rables depuis OpenStreetMap figurent le réseau routier, les camps de personnes déplacées internes (IDP) tandis que les frontières politiques peuvent être utilisées comme couche d'agrégation dans InaSAFE.

Par défaut, la zone d'extraction est celle de l’étendue cartographique actuelle dans QGIS, mais il est possible de la modifier en cliquant sur le bouton « Dessiner sur la carte ».

Concernant le Dossier de résultats, il convient de mentionner le dossier dédié à la donnée OSM :

.\01_DONNEES\0102_DONNEES_OSM\010201_DONNEES_OSM_VECTORIELLES   

Définir la zone d’analyse

| Cliquer sur le bouton InaSAFE_bouton_zone_analyse.pngpour afficher la fenêtre suivante :

InaSAFE_fenetre_zone_analyse.png

Il est possible de choisir l'intersection des couches d’aléas et d’enjeux, en tenant compte ou pas de l’étendue actuelle de la carte, ou également de dessiner directement sur la carte pour tracer le rectangle d’analyse.

Lancer une analyse d'impact

Lorsqu’une couche d’aléa et une couche d’enjeux ont été identifiées via la procédure de mots-clés et sont présentes dans le projet QGIS, le panneau ne contient plus de listes déroulantes vides et doit ressembler à ceci (hormis le nom des couches qui peut    varier) :

 

Inasafe_panneau_pret.png

InaSAFE autorise alors le lancement d’une analyse d’impact.

| Cliquer sur le bouton Lancer

En fonction de l’étendue spatiale de l’analyse et de la capacité du processeur de l'ordinateur, la procédure d'analyse sera de durée variable.  

Dans le cas d'une analyse d'impact d'une zone d'inondation, InaSAFE va mesurer l'intersection des deux couches et déterminer quels bâtiments se trouvent au moins en partie dans la zone d'inondation et ceux qui n'y sont pas. Une nouvelle couche des enjeux va être créé et faire apparaître les bâtiments inondés en rouge et sont hors des eaux en vert.

Cette couche est enregistrée dans un dossier temporaire et nécessite d'être enregistrée ailleurs pour pouvoir être conservée durablement, en particulier dans ..\01_DONNEES\0101_DONNEES_SIG\010102_COUCHES_VECTORIELLES_THEMATIQUES\01010211_RISQUES\0101021102_MENACES\TRAVAIL

InaSAFE a ajouté un champ d'entiers « safe_ag » dans la table des attributs : la valeur 0 correspond à la catégorie « À sec » et la valeur 1 à la valeur « Inondé ».

InaSAFE_analyse_inondation_resultat.png

Dans le panneau InaSAFE est présenté le détail de l'impact en fonction du type d'enjeux, dans le cas présent les types de bâtiments. Dans notre exemple, le type de la plupart des bâtiments n'est pas renseigné (type « yes »), mais 25 bâtiments scolaires ont été distingués, et aucun d'eux n'est affecté par l'épisode d’inondation intégré comme aléa dans l'analyse.

A tout moment, si l'une des couches de l'analyse a évolué, il est possible de relancer l'analyse.

Créer une carte d’impact

Une fois l'analyse effectuée, le bouton Imprimer… du panneau latéral n'est plus grisé. Il permet de créer des cartes imprimables à partir des couches de données présentes dans le projet QGIS.

| Cliquer sur le bouton Imprimer... pour faire apparaitre cette fenêtre :

InaSAFE_rapport_impact_fenetre.png

Il est possible de choisir pour la zone d’impression l’étendue de l’analyse ou seulement l’étendue courante de la carte, puis de choisir un modèle de mise en page, soit parmi ceux d’InaSAFE dans la liste déroulante, soit en localisant n’importe quel fichier de mise en page.

Deux choix sont ensuite possibles :

| Cliquer sur le bouton “Ouvrir le PDF” pour créer directement une carte sous format PDF sans personnaliser la carte

ou

| Cliquer sur le bouton “Ouvrir le composeur” pour personnaliser la carte sous format PDF dans le composeur d’impression de QGIS

La mise en page s’ouvre alors :

InaSAFE_composeur_carte_ouverture.png

Par défaut, la zone de carte ne représente pas la zone d’analyse du projet QGIS, mais un simple rectangle contenant le texte “La carte sera imprimée ici”. Pour faire apparaitre la zone de l’analyse, il suffit de :

| Cliquer sur la zone de la carte pour la sélectionner et faire apparaitre les propriétés de l’objet dans le panneau droit de la fenêtre

| Cliquer sur la liste déroulante qui affiche “Rectangle” pour choisir “Rendu”, et attendre quelques secondes

InaSAFE_composeur_carteA4_blue.png

Il est bien sûr possible par la suite de modifier cette carte, comme n’importe quelle autre dans le composeur d’impression de QGIS (voir le chapitre qui y est consacré dans le Guide du SIG et de la donnée libre).

Différentes limites à l’analyse

Limites des résultats

Comme expliqué en début de chapitre, InaSAFE utilise des couches de données créées au préalable et se borne à fournir le résultat de leur intersection/superposition spatiale. Par conséquent, les résultats fournis par l'analyse reflètent forcément les limites des couches d'aléas et d'enjeux concernant leur géométrie, qui peut être incorrecte, car imprécise et/ou incomplète.

Limites des couches d'aléas

  • si la géométrie de la couche d'aléas n'est pas suffisamment précise ou complète, l'analyse des impacts ne fournira pas une bonne évaluation des enjeux affectés, qu'il s'agisse de structures ou de populations. L'analyse pourra aussi bien minimiser qu'exagérer l'impact des aléas qu'elle décrit.    

  • Les soucis potentiels des couches d'aléas sont généralement fonction de la manière dont elles ont été produites : les couches d'aléas issues de modélisation (celle d'une inondation par     exemple) vont plutôt connaître des soucis de précision (liée à celle des données qui ont permis la modélisation, comme la précision d'un modèle numérique de terrain, par exemple) ou de complétude/incorrection (si certains éléments ne sont pas pris en compte dans le modèle, par exemple les affluents du cours d'eau principal dans le cas d'une inondation). Les couches d'aléas issues de mesures directes prises lors d'un désastre, notamment via un capteur embarqué sur un satellite, offrent potentiellement un instantané de l'impact réel de l'aléa (et non supposé comme avec une modélisation). Cependant, la précision est fonction de celle du capteur. De plus, toujours dans l'exemple d'une inondation, les zones en amont et en aval vont être affectées à des moments différents, de sorte qu'un seul instantané ne va pas saisir l'ensemble des zones affectées., qui peut avoir une    granularité assez importante, dont il faudra tenir compte dans les résultats de l’analyse, notamment lorsque l'on dispose d'une couche d’enjeux très détaillée, comme les structures provenant d'OpenStreetMap par exemple.

  • Enfin, on récupère parfois une donnée qui a été traitée et non la donnée brute de départ, sans que l'on sache forcément quels traitements ont été appliqués, et s'ils ont altéré ou non la précision.    

Limite des couches des enjeux

Si la couche des enjeux n'est pas suffisamment précise ou complète, les résultats de l'analyse seront forcément fragmentaires, quelle que soit la précision de la couche d'aléas.

InaSAFE est capable de prendre en compte un de ces trois types d'enjeux.

Les données sur la population sont issues de recensement (via enquête exhaustive ou partielle de terrain) ou d'estimation. L'imprécision, l'incomplétude ou l’obsolescence de ces données dans les pays du Sud est un fait bien connu qu'un projet comme WorldPop tente de résoudre en ajustant les données de recensement nationales avec des estimations de population provenant de l'ONU. WorldPop fournit un nombre pour un pixel de 100 m de côté : son utilisation dans InaSAFE fournira donc des résultats à cette échelle de précision.

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