Quand les gens pensent aux glissements de terrains, ils imaginent habituellement de grands ruisseaux de boue qui causent des pertes de vie considérable. Alors que de telles catastrophes de grande ampleur sont rares. En revanche les petits glissements de terrain sont beaucoup plus fréquents et constituent un danger réel pour la circulation et le logement dans des milliers de villes à l’échelle mondiale. En Italie, Google News est utilisé pour calibrer les modèles de prédiction sur 24 heures et des cartes de risque d’instabilité des pentes sont produites tous les six jours à partir des images radar Sentinel-1.

Le Sentinel-1 est une série de satellites d’observation de la Terre de l’Agence spatiale européenne, développée dans le cadre du programme Copernicus dont le premier exemplaire a été mis en orbite en 2014. L’objectif du programme est de fournir aux pays européens des données complètes et actualisées leur permettant d’assurer le contrôle et la surveillance de l’environnement. Les satellites Sentinel-1 constituent une des composantes spatiales de ce programme qui comprend également notamment les Sentinel-2 (imagerie optique) et Sentinel-3. Les Sentinel-1 doivent fournir l’imagerie tout temps (nuit, couverture nuageuse) permettant le suivi des banquises et de l’environnement arctique, la détection des glissements de terrain, la cartographie des forets, des ressources en eau et des sols ainsi que le traitement des situations d’urgence (catastrophes naturelles…). Chaque satellite emporte une charge utile constituée par le radar à synthèse d’ouverture fonctionnant en bande C qui fournit des vues avec une résolution pouvant atteindre 5 mètres. Les satellites circulent sur une orbite héliosynchrone. En configuration opérationnelle l’agence spatiale maintiendra deux satellites de manière à repasser au-dessus des mêmes zones tous les 6 jours. Les Sentinel-1 disposent d’un système de transmission de données par laser permettant de transférer celles-ci vers les satellites géostationnaires EDRS avec un débit très élevé.

En fait, le professeur Nicola Casagli de l’université de Florence a placé de grands espoirs en un satellite géostationnaire européen appelé InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar), satellite qui permettra la production quotidienne d’une carte pour évaluer les déplacements au sol de 1mm.

Le radar interférométrique à synthèse d’ouverture, abrégé en InSAR (l’abrégé IfSAR est obsolète et déconseillé), est une technique de radar utilisée en géodésie et en télédétection. Cette méthode géodésique utilise deux ou plusieurs images radar à synthèse d’ouverture (SAR) pour générer des cartes de déformation de surface ou d’élévation numérique, en utilisant des différences dans la phase des ondes revenant au satellite ou à l’avion. La technique peut potentiellement mesurer des changements à l’échelle millimétrique de la déformation sur des périodes de plusieurs jours à plusieurs années. Il a des applications pour la surveillance géophysique des risques naturels, par exemple les tremblements de terre, les volcans et les glissements de terrain, et dans l’ingénierie structurelle, en particulier la surveillance de l’affaissement et de la stabilité structurelle.

Peut-on prédire avec certitude où et quand un glissement de terrain se produira ? Professeur Nicola Casagli, de l’Université de Florence en Italie, n’a pas de doute sur la réponse : « Les glissements de terrain causés par des tremblements de terre sont impossibles à prévoir, mais tous les autres types de glissements de terrain sont prévisibles. Vous pouvez prévoir le moment de la catastrophe même en utilisant des modèles simples. Vous devez avoir une série continue de surveillance précise ». Il ajoute, en riant : « Mais c’est tout à fait commun de faire la prédiction après l’événement. » L’art et la science de la prédiction n’est jamais facile, mais le changement climatique rend les choses encore plus compliqués de nos jours. Professeur Casagli peut le gérer, grâce à son centre renommé pour les risques géohydrologiques, soutenu par 60 experts multidisciplinaires.

Inondations soudaines

Dans le sud de l’Europe, le changement climatique provoque une hausse des températures et une progressive réduction de la pluviométrie annuelle moyenne. En outre, les précipitations ont lieu de plus en plus dans des périodes plus concentrées et de fortes pluies déclenchement de flux de débris et
des glissements de terrain superficiels, très rapides et dangereux. Ces glissements de terrain sont de plus en plus accompagnés d’inondations : un grand volume d’eau en un seul endroit dans un très court espace de temps. Ce mélange de phénomènes géologiques et hydrologiques est difficile à prédire. Professeur Casagli : « Quand les gens pensent aux glissements de terrain, ils imaginent habituellement de grands ruisseaux de boue qui causent des pertes de vie considérables. Alors que de telles catastrophes à grande échelle sont rares, les petits glissements de terrain sont plus fréquents et constituent un danger pour la circulation et le logement dans des milliers de villes à l’échelle mondiale ».

En Italie, Google News est utilisé pour calibrer les modèles de prédiction sur 24 heures et des cartes de risque d’instabilité de pente sont produites tous les six jours à partir des images radar Sentinel-1. Professeur Nicola Casagli, de l’Université de Florence, a placé ses espoirs en un satellite européen géostationnaire InSAR qui permettra la production quotidienne d’une carte pour évaluer les déplacements au sol de grands glissements de terrain d’une précision d’1 mm, combiné à des instruments au sol pour mesurer les déplacements exacts.

Les déplacements de terrain sont très faciles à prévoir. Cependant les très rapide glissements de terrain – flocons de débris, avalanches de débris – déclenché par des pluies intenses, sont plus difficile à prévoir. Les mouvements avant les catastrophes sont nul, mais quand de fortes pluies se produisent, ils commencent à s’accélérer en quelques secondes. Du fait de cette accélération soudaine sans aucun moyen de les prédire, le seul moyen de la prédiction reste celle des précipitations. Outre les prévisions météorologiques normales de 24 heures, les données sont également collectées à partir des pluviomètres. Celles-ci sont en place dans tout le pays, avec différents seuils définis par zone en fonction des caractéristiques de précipitations normales, le substratum rocheux lithologique et morphologique du paysage. Lorsque le seuil défini est dépassé, le glissement de terrain régional du système d’alerte précoce émet un alerte modéré ou élevé, spatialement limité aux autorités de cette zone. Bien sûr, il doit y avoir une certitude que ces seuils sont corrects pour éviter que de fausses alarmes soient déclenchées. Pour assurer cela, professeur Casagli utilise des techniques d’exploration de données spatiales.

Un moteur sémantique analyse Google News pour les rapports de glissements de terrain survenus pendant la semaine précédente. En comparant le rapport des événements survenus avec les données pluviométriques – tous les paramètres précipitations (intensité, durée, quantité, etc.) stockés dans un système de gestion de base de données (SGBD) – les seuils sont mis à jour et les alertes améliorés pour le modèle de prédiction de glissement de terrains.

Figure 1 :  Informations sur les glissements de terrain récupérées sur Google News et ANSA en 2017 (2 174 éléments au total). Les informations sont classées par numéro et par pertinence (le score est lié à l’importance de la source).

2 000 glissements de terrain rapportés

Professeur Casagli explique l’importance de Google News : « Pour prédire les glissements de terrain causés par précipitations, vous avez besoin d’informations sur les glissements de terrain ainsi que les prévisions météorologiques et les données des pluviomètres. Si je prédis un glissement de terrain se produira demain en fonction de précipitations, j’ai ensuite besoin de savoir si un glissement de terrain s’est effectivement produit sur Ce jour-là. Nous faisons correspondre les données avec les données de précipitations et affiner la prédiction. Plus nous donnons de données avoir sur les glissements de terrain, meilleures sont nos prévisions devenir. »

Le moteur sémantique analyse toutes les nouveaux rapports sur les glissements de terrain (et sur les 34 synonymes de ‘glissement de terrain’ existant dans la langue italienne) qui a vraiment eu lieu. L’année dernière, il y en avait plus de 2 000 articles de ce genre publiés dans les journaux ».

En fait, cette manière de calibrer les modèles de prédiction de glissement de » terrain est un suivi numérique. Dans les années 1980, des scientifiques. L’Italie a commencé à compiler de grandes bases de des journaux sur les inondations et les glissements de terrain, jusqu’à ce que le gouvernement coupe tous les fonds en 2002.

Mais depuis 2010, les scientifiques ont utilisé techniques d’exploration de données spatiales. La sémantique moteur analyse maintenant toutes les nouvelles dans Google News et dans la base de données d’ANSA, l’agence de presse nationale. De nombreux rapports de mineurs les glissements de terrain aboutissent dans les journaux locaux ou régionaux plutôt que d’ANSA, mais ils sont tous sur Google News.

Avertissements toutes les 24 heures

Pour réellement prévoir les glissements de terrain, toutes les données sont entrées dans plusieurs modèles qui sont utilisés simultanément. Les experts du service national de protection civile et des régions évaluent les résultats chaque jour et prennent une décision. Cela est ensuite traduit en une carte montrant les glissements de terrain et les inondations prévus, qui est rendu public sur le site www.protezionecivile.gov.it.

Par une belle journée ensoleillée en février, presque toute l’Italie est représentée en vert sur la carte avec du jaune indiquant une faible probabilité de glissements de terrain ou d’inondations dans quelques endroits. « Le système d’alerte national donne des avertissements toutes les 24 heures. C’est suffisant pour la plupart des problèmes, mais pas pour tous. Parfois, nous aurions besoin de “mises en scène” de fortes pluies (par opposition à la « prévision » normale de 24 heures), mais la prévision horaire est encore dans la phase de recherche ; le degré d’incertitude est encore trop élevé. »

L’incertitude joue également un rôle au niveau local. Professeur Casagli est membre de la Commission Nationale des Risques et voit la lutte que les maires affrontent chaque fois que la carte devient rouge ou orange sur leur territoire, car cela signifie que le maire doit agir en tant qu’autorité locale de protection civile. Chaque municipalité a un plan d’action de protection civile et devrait savoir ce qui convient de faire en fonction de chaque couleur. « Ici, en Toscane, la couleur rouge apparaît deux ou trois fois par an. Ensuite, les écoles sont fermées, certains bureaux sont fermés, les maisons près des rivières sont évacuées et les pompiers se préparent. Mais l’orange est un problème ; C’est la responsabilité du maire de décider que faire. Vous pourriez avoir 10 à 12 alertes orange par an, et si vous évacuez neuf fois sans que rien ne se passe [cela posera des problèmes]. … [par contre] Tant de maires des grandes villes ont attendu trop longtemps et ils sont accusés d’homicide involontaire. Mais ce n’est pas facile. Dans de nombreuses villes, l’urbanisme était inexistant au moment où l’Italie est devenue un pays plus riche et nous avons construit ce que nous voulions. Par exemple, de nombreuses rivières ont été placées sous le béton et causent maintenant de sérieux problèmes en cas d’inondations. Dans notre groupe de recherche, nous voulons maintenant ajouter un expert en communication des risques ».

Figure 2 : Carte de dispersion persistante pour la région Toscane mise à jour tous les six jours en utilisant les satellites radar Sentinel-1 de l’ESA (Agence spatiale européenne).

Utilisation du sentinel-1 pour la surveillance

Pour prédire réellement les glissements de terrain, toutes les données est entrée dans plusieurs modèles qui sont utilisés simultanément. Experts au sein du National Service de la protection civile et dans les régions évaluer les résultats tous les jours et faire une décision. Cela est ensuite traduit en une carte montrant les glissements de terrain et les inondations prévus, qui est rendu public sur le Site web du service national de la protection civile. Par une belle journée ensoleillée en février, presque toute l’Italie est représentée en vert sur la carte avec jaune indiquant une faible probabilité de glissements de terrain ou inondations dans quelques endroits. « Le système d’alerte national donne des avertissements tous les 24 heures. Cela suffit pour la plupart des problèmes, mais pas pour tous. Parfois nous aurions besoin « Casting actuel » de fortes pluies (par opposition à la « prévision » normale de 24 heures, Ed.), mais la prédiction horaire est encore dans la phase de recherche ; le degré d’incertitude étant encore élevé ».
L’incertitude joue également un rôle au niveau local. Professeur Casagli est un membre de la Commission Nationale des Risques et par conséquent est témoin de la lutte les maires à chaque fois que la carte devient rouge ou orange sur leur territoire, car cela signifie le maire de la ville en question doit agir en tant qu’autorité locale de la protection civile. Chaque municipalité a un plan d’action de protection civile et devrait savoir ce qui convient de faire dans le cas de chaque couleur.

« Ici en Toscane la couleur rouge se produit deux ou trois fois par an. Les écoles sont alors fermées, maisons près des rivières sont évacués et les sapeurs-pompiers sont prêts. Mais l’orange est un autre problème ; Dans ce cas c’est le maire qui décide.

Vous pourriez avoir 10-12 alertes orange par année, et si vous évacuez neuf fois sans qu’aucune catastrophe se produise … [En revanche] Tant de maires des grandes villes ont attendu trop longtemps et sont aujourd’hui accusés d’homicide involontaire. Mais la tâche n’est pas toujours facile. Dans de nombreuses villes, l’urbanisme a été inexistant pendant longtemps et maintenant que l’Italie est devenue pays plus prospère, nous nous sommes permis de construire tout ce que nous aimions.
Par exemple, beaucoup de rivières ont été rangées sous le béton et causent maintenant de sérieux problèmes quand les inondations se produisent. Dans notre groupe de recherche, nous voulons maintenant ajouter un expert spécialisé en risque de la communication. »

Figure 3 : Prof Dr Nicola Casagli: «  Les informations que nous produirions sont cruciales pour la sécurité routière. Si vous conduisez une voiture autonome, vous faites confiance aux autorités pour assurer la sécurité des routes. »

Satellite européen géostationnaire InSAR

« Il y a toujours des limites à l’utilisation de Sentinel-1. Le principal problème est sa
résolution de 14x5m : « Cette résolution est une problème lorsque vous voulez construire un système d’ avertissement basé uniquement sur des satellites; vous ne pouvez pas détecter tous les phénomènes pertinents. Nous sommes maintenant en relation, avec toutes les grandes institutions de recherche interférométrie radar en Europe et l’Agence spatiale européenne (ESA) pour un satellite radar géostationnaire. Chaque jour, une image de la carte avec une précision entre 1 et 2 mm doit être composé ».

Avec un satellite, il serait possible de cartographier un cercle avec un rayon de 2000 km : plus de la moitié de l’Europe. Nous suggérons une coopération avec l’ESA parce qu’ils ont une très bonne segmentation. En utilisant cela, nous sommes certains d’obtenir une image de la même zone tous les jours.
L’application est prête. Le satellite a coûté 500 millions d’euros. Le même satellite peut également être utilisé pour d’autres applications telles que les télécommunications et la télévision. Mais dans le Institutions européennes, les applications pour des villes intelligentes (Smart Villes), océans, littoraux ou désertification sont plus populaires que celles pour les risques naturels. C’est un dommage, car il s’agit des applications moins chères et cela peut sauver des vies.

En comparaison: notre système italien à quatre satellites, COSMO-SkyMed, a coûté 800 millions d’euros.
Les données sont excellentes (3x3m) mais ce n’est pas gratuit, et le temps de révision standard est de 16 jours. « L’Europe a été le leader dans le domaine du radar d’observation de la Terre depuis les années 1990 ; elle avait la vision de lancer des satellites et de construire une archive, ce qui était crucial pour développer de nouvelles affaires. Mais si l’ESA ne fait pas un pas en avant, Amazon ou Tesla prendront en charge son rôle et fourniront une nouvelle impulsion. L’information que nous produisons est cruciale pour la sécurité de la circulation. A titre d’exemple, si vous conduisez dans une voiture auto-conduite, vous faites confiance aux autorités pour garder les routes en toute sécurité.

Figure 4 : Zoom sur les plaines inondables des villes de Florence, Prato et Pistoia, montrant des taux élevés de subsidence (en rouge) dans la partie nord-ouest.

Références :

Nicola CASAGLI

Professeur

Département des Sciences de la Terre

Adresse : Dipartimento di Scienze della Terra Via La Pira, 4, 50121 FIRENZE

Téléphone : 055 2757523

nicola.casagli@unifi.it

Curriculum:

Professor of Engineering Geology at the University of Florence, Earth Sciences Department. Degree in Geology, MSc in Engineering Rock Mechanics at Imperial College of London and PhD in Engineering Geology. Research activity: geological hazards and ground instability, monitoring technology, engineering geological characterization and modelling. Former head of the Department of Earth Sciences and past member of the Academic Senate of the University of Florence. Head of the Centre of Competence for geo-hydrological hazards and member of the Major Risks National Committee of the Department of Civil Protection of the Italian Government. President of the Civil Protection Centre of University of Florence. Vice President of the International Consortium on Geo-disaster Reduction (ICGdR). Founder and Vice President for Europe of the International Consortium on Landslides (ICL). Member of the World Centre of Excellence on Landslide Risk Reduction of the International Programme on Landslides. Founder and Associate of the UNESCO Chair on Prevention and Sustainable Mitigation of Geo-hydrological Hazards. Awarded with the Order of Merit of the Italian Republic (4th Class Officer). Honorary Fellow of Venerabile Arciconfraternita della Misericordia di Firenze.Author of more than 400 scientific publications and holder of 4 industrial patents. https://goo.gl/GcCYX4

Bonjour Professeur Nicola CASAGLI,

Je m’appelle Joubine Eslahpazir et je suis canadien mais réside en Côte D’Ivoire. Je travaille actuellement avec une entreprise spécialisée en urbanisme et en construction dans ce pays. Cette entreprise souhaite élaborer un system de prévoyance des glissements de terrain dus aux inondations. En effet depuis quelques années en raison des changements climatiques, la pluviométrie en Côte D’Ivoire a été fortement modifiée. Les pluies sont devenues plus rares mais leur intensité a fortement augmenté. Cette modification est à l’origine des glissements de terrains importants entrainant la destruction des habitats et la mort de plusieurs personnes.

S’intéressant au phénomène de la topographie, j’ai pu trouver un article de GIM International concernant vos travaux dans le domaine de la prédiction de glissements de terrains en Italie dus aux fortes pluies : « Innovatrice Ays to Monitor Land Dis placement (https://www.gim-international.com/content/article/innovative-ways-to-monitor-land-displacement). Une situation très semblable à ce qui se passe actuellement en Côte D’Ivoire).

Je voudrais savoir :

1. Est-ce que ce modelé est applicable en Côte D’Ivoire ?
2. Dans ce cas, accepteriez-vous de collaborer avec notre institution privée pour apporter vos solutions ?

Je reste à votre disposition pour toute information supplémentaire.

Très cordialement

Docteur Joubine Eslahpazir