LES MÉTHODES
La méthodologie élaborée pour la mise en place de sentiers de randonnée pédestre comporte cinq étapes principales séquentielles. La première étape implique l’identification des facteurs environnementaux pertinents pour guider l’exercice d’aménagement de corridors. La deuxième étape vise à l’acquisition des couches spatiales requises et à les uniformiser (c’est-à-dire projection uniforme, usage de résolutions compatibles, division des critères en états adaptés pour l’analyse, etc.). La troisième étape consiste à établir le poids de chaque critère pour déterminer leur importance relative dans la production d’une couche de potentialité. Cette étape est subdivisée en deux sous-étapes : (1) l’application de la méthode d’analyse multicritère AHP pour mettre en œuvre la pondération des critères et (2) la production d’une carte de potentialité. La quatrième étape de la méthode établit des corridors de sentiers potentiels entre des points de raccordements à l’aide d’une analyse de chemin de moindre coût. La cinquième et dernière étape valide les résultats obtenus à l’aide d’une vérification sur le terrain, servant à confirmer la véracité des produits finaux. La méthodologie résulte en l’identification des critères, des contraintes et des zones d'exclusions, la création d’une matrice d’analyse multicritère, d’une couche spatiale de potentialité des sentiers et aussi de corridors potentiels qui seront validés par des visites terrain.
Les facteurs environnementaux comportent des critères, des contraintes et des zones d’exclusions qui sont tous utiles à l’analyse. Pour débuter, les critères sont les facteurs environnementaux qui sont pondérés pour être pris en considération dans l’analyse multicritère. Ces critères fournissent un apport positif dans l’élaboration de la matrice de potentialité. Les contraintes représentent des éléments limitants, mais tout de même accessibles à l’aide d’une pondération fixe. Les contraintes sont aussi prises en compte dans le calcul de la potentialité et mis en relation avec les critères, mais selon une contribution négative. Enfin, les zones d’exclusion sont des zones à retirer de l’analyse où il n’est pas permis d’y installer un sentier.
La détermination des critères s’est inspirée de ce qui se retrouvait dans divers ouvrages du domaine. De plus, plusieurs consultations avec nos partenaires ont permis d’ajuster la liste de critères. Cette liste finale se décompose en deux catégories. La première catégorie contient les critères reliés au milieu physique, soit l’intensité de la pente et la classe de drainage. Chacun de ces critères comporte trois états. La deuxième catégorie contient les critères affectant l’intérêt du marcheur, c’est-à-dire la proximité de cours d'eau permanent, les écotones forestiers et les points d'intérêts. En complément, nous avons considéré trois contraintes, les cours d’eau permanents et intermittents ainsi que les pentes extrêmes. D’autres critères ou contraintes potentiels n’ont pu être retenus en raison des limites de disponibilité et de qualité des données. C’est le cas de l'érodibilité du sol et de la pente directionnelle qui sont des facteurs environnementaux connus et significatifs, mais qui ne peuvent pas être représentés fidèlement à partir des données spatiales disponibles. Ensuite, les zones d’exclusion contiennent des lacs, des milieux humides et/ou des habitats d’espèces susceptibles d’être désignées comme menacées ou vulnérables. Cela fait un total de trois critères divisés en neuf états, trois contraintes et trois types de zones d’exclusion.
Résumé des facteurs environnementaux pour les critères, les contraintes et les zones d'exclusion
La planification de futurs sentiers pédestres nécessite plusieurs données géospatiales de différentes sources. La méthodologie nécessite un MNT LiDAR, des cartes écoforestières du 4e inventaire en format vectoriel, une zone d’étude en format vectoriel ainsi que des points d’intérêts. Ces derniers peuvent être identifiés durant des prospections sur le terrain. De plus, les zones d’exclusion doivent eux aussi être en format vectoriel.
Un MNT, produit à l’aide de relevés LiDAR, a été employé à la base de plusieurs des analyses du projet. Ce MNT servait à produire une matrice d’intensité de la pente ainsi que les cours d’eau.
Téléchargement des données
Les MNT LiDAR peuvent être téléchargés gratuitement depuis différentes sources.
Fédéral : https://ouvert.canada.ca/data/fr/dataset/957782bf-847c-4644-a757-e383c0057995
Provincial (Québec) : https://www.donneesquebec.ca/recherche/fr/dataset/produits-derives-de-base-du-lidar
Le premier traitement pour déterminer la pente a nécessité l’application d’un filtre de moyenne sur le MNT afin d’accroître son uniformité. Par la suite, le MNT a dû être converti en une matrice d’intensité de la pente. Cette conversion a été effectuée à l’aide de l’outil « Pente » du logiciel QGIS de façon à obtenir une matrice d’intensité de la pente en pourcentage. Les pentes ont ensuite été regroupées en états et celles supérieures à 40% ont été catégorisées comme étant des contraintes.
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La première étape de ce prétraitement consistait à lisser les trous et les pics du MNT. Cela permettait d'éviter la formation de cuvettes qui pourrait affecter les calculs d’écoulement de l’eau. La fonction « Fill sinks » de SAGA GIS, qui est implémentée dans QGIS, permet de corriger ce problème. La deuxième étape de ce prétraitement servait à ordonner le réseau hydrographique. Pour y arriver, l’outil « Strahler Order » de SAGA GIS a dû être employé. Cet outil sert à classifier le réseau hydrographique selon la hiérarchisation de Strahler, en attribuant un ordre d’importance à chaque segment du réseau, 1 étant le plus faible ordre. Lorsque deux branches du même ordre se rejoignent, l’ordre est augmenté de un. Si deux branches d’ordres différents se rejoignent, l’ordre le plus important est conservé. Ces ordres ont servi à les classer selon leur aire de drainage sur le terrain, donc soit permanent ou intermittent pour notre méthodologie. La classification s’effectuait en comparant les résultats obtenus avec des données de référence telles que les cours d’eau de la Base de données topographique du Québec (BDTQ). Pour notre zone d’étude test, les cours d’eau permanents avaient un ordre de 9, 10 et 11, et les cours d’eau intermittents de 7 et 8. Les ordres sélectionnés devaient être convertis en lignes. La troisième étape de ce prétraitement servait à délimiter l’étendue de la zone inondable des cours d’eau. Ainsi, une zone tampon de 10 m de rayon s’appliquait pour les cours d’eau permanents et de 5 m pour les cours d’eau intermittents. Aussi, une zone tampon de 5 m a été ajoutée à celle des cours d’eau permanents afin de créer la zone d’intérêt à proximité des cours d’eau.
Les données vectorielles du 4e inventaire écoforestier du Québec méridional ont été utilisées en raison de la quantité importante d’informations fournies. Si plusieurs feuillets cartographiques couvre la zone d'étude, il faudra les merger. Seuls les classes de drainage et les groupes d’essences ont été utilisés. Le premier prétraitement consistait à créer des états de drainage. Le deuxième prétraitement nécessitait de déterminer l'emplacement des écotones.
Téléchargement des données
La donnée écoforestière peut être téléchargée sur le site du MFFP (Québec).
https://www.donneesquebec.ca/recherche/fr/dataset/carte-ecoforestiere-avec-perturbations
Le document explicatif peut être retrouvé ici: Téléchargement
Considérant que le fichier de téléchargement est en format .gdb, vous pourrez l'ouvrir dans QGIS en suivant ces étapes.
Les données écoforestières vectorielles ont été converties en raster en ne conservant que le champ de classes de drainage « CL_DRAI » comme attribut. Les classes de drainage ont ensuite été regroupées en plusieurs états et les lacs ont été classifiés comme zone d’exclusion.
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Il fallait d'abord regrouper les polygones forestiers partageant des caractéristiques similaires pour le marcheur. Pour cela, un filtre dans la table attributaire était appliqué afin de regrouper les polygones en fonction du principal peuplement forestier. La première étape consistait à créer un nouveau champ de type texte avec seulement deux caractères. Il fallait ensuite remplir celui-ci avec les valeurs du champ « GR_ESS » (peuplement forestier). Seuls les deux premiers caractères ont été conservés. De cette manière, uniquement l’essence forestière principale se retrouvait transférée. La deuxième étape servait à unifier les polygones adjacents en effectuant un dissolve sur ce nouvel attribut. Pour terminer, la couche écoforestière a dû être convertie en lignes avec l’outil « Polygon to line » tout en lui appliquant une zone tampon de 5 m de rayon.
Afin de favoriser le passage près des points d’intérêts, une zone tampon de 100 m peut être placée autour de chacun d’entre eux. Les points d’intérêts peuvent regrouper des points de vue, des structures naturelles impressionnantes, des falaises, des chutes d’eau, etc.
Les points de raccordements ont été créés pour relier les nouveaux sentiers à ceux qui sont déjà existants et pour diriger ceux qui seront générés. Ces points sont ciblés selon les besoins de l’utilisateur. Ils sont définis exclusivement pour l’analyse de moindre coût. Ceux-ci peuvent être créés ou bien provenir de la liste des points d’intérêts existants.
Les zones d’exclusions regroupent les endroits où l’aménagement d’un sentier de randonnée pédestre doit être évité à tout prix. Elles contiennent les lacs, les milieux humides et les habitats d’espèce à statut. Ces données proviennent habituellement des gestionnaires de la zone d’étude. Les différents polygones doivent être unis dans une même couche.
Milieux humides
Les milieux humides sont des éléments qu'il faut considérer comme zone d'exclusion. Il est possible de consulter les cartes de milieux humides de Canards illimités à l'adresse suivante: ici.
IRDA
Les cartes de l'IRDA peuvent fournir des détails intéressants sur les dépôts de surface et les types de sol tout dépendant de la localisation du site d'étude. Par contre, ces données en format shapefiles sont payantes et ne sont pas prises en compte dans la méthodologie ci-présente. Cependant, les données matricielles sont disponibles gratuitement. Pour les récupérer, il faut télécharger les données en format KML ou PDF à l'adresse suivante: Téléchargement
Le document expliquant les données se télécharge à l'adresse suivante : Téléchargement
Trois grandes étapes doivent être complétées afin de délimiter les corridors potentiels. La première consiste à pondérer chaque critère avec la MAMC AHP. La deuxième a pour objectif d’attribuer une valeur fixe pour les contraintes. La troisième sert à créer une matrice de potentialité en combinant les critères et les contraintes puis en enlevant les zones d’exclusions.
Afin de pondérer les neuf critères, la MAMC AHP a été utilisée. Pour y arriver, une série d’étapes doit être réalisée afin d’obtenir le poids de chacun des critères. Tout d’abord, les critères doivent été regroupés dans la matrice originale. Cette matrice permet de faire une comparaison par paires pour chacun des critères en évaluant leur priorité. La priorité correspond au degré d’importance attribué par l’utilisateur, d’un critère par rapport à un autre.
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Afin de pondérer les trois contraintes, une valeur fixe doit leur être appliquée. Cette façon de procéder a été choisie, car la comparaison des contraintes avec les critères aurait brisé la cohérence en déséquilibrant les pondérations de manière significative. Deux niveaux de contraintes ont été identifiés. Les contraintes importantes avec un poids de 1000 et les contraintes mineures avec un poids de 500. Deux des trois contraintes ont été jugées comme étant importantes pour l’élaboration de sentiers pédestres, soit les pentes extrêmes et les cours d’eau permanents. La dernière contrainte, les cours d’eau intermittents, se devaient d’être jugées moins sévèrement, car elle est plus facilement franchissable que les deux premières. Le poids des contraintes peut être adapté en fonction du contexte et des contraintes spécifiques de chaque aménagement. La rationnelle derrière la pondération des poids est basée sur le fait que les critères ont une valeur de 0 à 100. Les contraintes doivent donc avoir une pondération supérieure à 100 qui est la valeur la moins bonne qu’un critère peut avoir. Un pixel de cours d’eau permanent aura donc un cout 10 fois plus élevé à traverser qu’un pixel dont tous les critères sont les moins favorables possible.
Deux étapes étaient nécessaires afin de créer la matrice de potentialité. Premièrement, il fallait attribuer la valeur obtenue par la méthode AHP aux différentes couches de données. Deuxièmement, il fallait additionner ces couches afin d’avoir la résultante, soit la matrice de potentialité.
Pour faire l’attribution des pondérations de AHP pour les critères, l’ensemble des couches créées ont dû être converties en données matricielles. Par la suite, la pondération AHP a été attribuée aux couches matricielles à l’aide de la calculatrice raster. Suite à la génération de l’ensemble des rasters pondérés, ceux-ci étaient additionnés avec la calculatrice raster, créant une matrice sommative. Cela dit, cette matrice représente l’inverse de ce qui est désiré. En effet, les critères favorables sont ceux avec la pondération la plus élevée. Toutefois, ceux-ci doivent avoir le poids le plus faible afin d’être favorisés au cours de la recherche du chemin de moindre coût exécuté plus tard dans la méthodologie. Ce problème fut donc corrigé en inversant les valeurs de la matrice en faisant : (1 - pixel) x 100. Par la suite, les matrices de contraintes ont été additionnées à la matrice inversée. De plus, les zones d’exclusion ont été enlevées, créant par le fait même la matrice de potentialité. Il était alors possible de déterminer des corridors potentiels pour la réalisation de sentier pédestre sur la zone d’étude à l’aide d’une analyse de chemins de moindre coût.
Cette partie consiste à faire des itérations de chemins de moindre coût entre des points d'intérêts à partir de la matrice de potentialité générée précédemment. Cette étape peut être longue et complexe lorsque faite manuellement. C'est pourquoi celle-ci est comprise dans un plugin. Pour les besoins de l'exercice, la méthode manuelle et automatisée seront présentées.
Allez sur le lien suivant pour voir le processus complet, étape par étape ici.
Les corridors vont être tracés en calculant le chemin de moindre coût entre des points d'intérêts. Pour cela, il faut tout d'abord avoir en sa possession quelques endroits où l'on souhaite faire passer les sentiers finaux.
Il faut à présent générer une matrice de coût cumulatif pour être en mesure d'évaluer le coût de déplacement pour chaque pixel. Pour cela, il faut utiliser l'algorithme "r.cost.points" de GrassGIS, qui est intégré dans QGIS. Cette matrice servira dans l'analyse du chemin de moindre coût à la prochaine étape.
Le chemin de moindre coût se génère en reliant les deux points d'intérêts définis précédemment et à partir de la matrice de coût cumulatif nouvellement créée. L'algorithme "Least Cost Path" de SagaGIS sert à générer le chemin de moindre coût.
Les étapes précédentes ont l'inconvénient de ne générer qu'un seul chemin de moindre coût. Pour corriger cette limitation, il faut exécuter plusieurs itérations. La méthode est simple. Il faut d'abord créer une zone tampon sur le chemin de moindre coût et d'y mettre un poids supplémentaire. Ce poids est ensuite ajouté à la matrice de potentialité originale. Il suffit ensuite de refaire les étapes de 4.2 à 4.4 jusqu'à obtenir le nombre de chemins désirés.
