MINISTERE DE
L’EDUCATION NATIONALE, DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
ECOLE PRATIQUE DES
HAUTES ETUDES
Sciences de la Vie
et de la Terre
MEMOIRE
Présenté
par
MATTHIEU GHILARDI
Sous la direction
de Jeannine LE RHUN – Maître de conférences à l’EPHE
pour l’obtention
du diplôme de l’Ecole Pratique des Hautes Etudes
APPORT ET INTERET DE LA MODELISATION NUMERIQUE
DE TERRAIN EN GEOMORPHOLOGIE
– ETUDE DU SITE ANTIQUE DE METHONI (PIERIE - GRECE)
–
Soutenu le 25 Janvier 2006 devant
le jury suivant :
François QUEYREL –
Directeur d’Etudes à l’EPHE (Président du jury)
Philippe
CHAMARD – Maître de conférences HDR à l’Université de PARIS X
Marie-Françoise
COUREL – Directrice d’Etudes à l’EPHE
Jeannine LE RHUN –
Maître de conférences à l’EPHE
Laboratoire de Géomorphologie Directeur :
Marie Françoise COUREL
et Environnement Littoral
Presidence.Ephe@ephe.sorbonne.fr
2 Rue Vallete Directeur de diplôme Maître
de conférences :
75005 Paris, France Jeannine LE RHUN jlerhun@ephe.sorbonne.fr
RESUME
La cité antique de Méthoni, située à l’interface entre la plaine de Thessalonique, le golfe Thermaïque et les collines de Piérie, alimente depuis plusieurs décennies des polémiques relatives à son emplacement exact et à la localisation de ses infrastructures portuaires, vraisemblablement dissociées.
Cette ville présente un intérêt historique certain en raison de son statut de quasi indépendance vis-à-vis d’un des plus grands Royaumes que l’Humanité ait connu : celui des Macédoniens avec à sa tête des rois illustres tels Philippe II ou Alexandre Le Grand.
Méthoni présente également un intérêt géomorphologique, car la région présente une dynamique géomorphologique intense au cours de l’époque historique, en témoignent la progradation rapide de la plaine de Thessalonique et l’activité colluviale importante sur le site même de Méthoni.
Pour répondre aux différentes problématiques posées dans ce travail, nous nous proposons d’utiliser des outils informatiques modernes utilisant la modélisation numérique de terrain.
La première étape du travail a consisté à géoréférencer l’ensemble des documents cartographiques dans un seul et même système de projection : UTM WGS 84. Une connaissance précise des caractéristiques techniques des différents systèmes de projection utilisés en Grèce depuis la fin du XIXe siècle ainsi que diverses opérations de conversion, utilisant des formules mathématiques, ont permis d’édifier une mosaïque de cartes superposées. On y retrouve notamment des cartes bathymétriques, des cartes topographiques à l’échelle 1 : 50 000e et 1 : 5 000e.
La numérisation des courbes de niveau par points a amené à la création de deux modèles numériques de terrain : l’un régional, l’autre local. Il aura fallu respectivement 345 000 et 13 000 points environ pour arriver à élaborer des représentations en trois dimensions du relief.
La modélisation numérique de
terrain se propose d’identifier dans un premier temps des formes du relief
susceptibles de nous renseigner sur une activité morphologique rapide et de
proposer d’éventuels sites d’occupation humaine le long du littoral piérien.
Dans un deuxième temps, elle permettra dans le cadre d’un programme pluri-disciplinaire
d’éditer des cartes thématiques ayant pour but d’étudier l’évolution des
paysages dans la région de Méthoni.
L’analyse topographique via la modélisation numérique de
terrain s’impose donc comme un préalable indispensable à toute étude de site
archéologique.
MOTS-CLES :
GEOMORPHOLOGIE, GRECE, METHONI, MNT, SIG
Table des
matières
LISTE DES ABREVIATIONS…………………………………………………….. 6
INTRODUCTION ……………................................................................................. 7
I) Présentation du secteur d’études et intérêt d’établir un MNT……………… 13
A) Méthoni : Contexte géomorphologique régional……………………………… 13
1) Une activité morphologique rapide…………………………………… 13
a) Un contexte de progradation deltaïque rapide
au cours de l’époque historique…………………………….. 13
b) Cadre géologique…………………………………………… 19
c) Une activité colluviale très importante
à l’échelle historique ………………………………………. 22
2) Le site de Méthoni : Une position en fond de baie où le colmatage
est lié à la circulation générale des eaux marines dans le golfe
Thermaïque …………………………………………………………. 25
a) Les vents : Facteur principal de la circulation des eaux
marines
dans le golfe Thermaïque…………………………. 25
b) La marée……………………………………………………. 31
c) les conséquences du transport côtier des sédiments
dans la baie de Méthoni – Néa Agathoupolis………………. 32
B) L’appartenance
à la région historique de la Piérie : un cas d’autonomie
non unique……………………………………………………………………. 35
1) Histoire de la ville de Méthoni : de l’autonomie à la soumission
par Philippe II…………………………………………………………. 35
a) Origines de la colonisation…………………………………. 35
b) La ville de Méthoni : une position atypique dans
le Royaume de Macédoine…………………………………. 35
c) Un enclavement de plus en plus menaçant à la veille
de la montée sur le trône de Philippe II…………………….. 36
d) Siège et prise de la ville par les armées de Philippe II……... 37
2) Période post macédonienne : quasi disparition de tout signalement
de la ville……………………………………………………………… 38
a) Quasi disparition dans les sources écrites………………….. 38
b) Existence d’un site post-macédonien situé plus au nord ….. 39
3) Etat des recherches entreprises depuis le XIXe siècle pour tenter
de localiser la ville de Méthoni……………………………………… 39
a) Recherches entreprises au XIXe siècle par des historiens.... 39
b) Recherches contemporaines du début des années 1980…… 40
C) Intérêt du MNT pour répondre à notre problématique………………………. 41
1) Notion du Modèle Numérique de Terrain…………………………... 41
a) Définitions………………………………………………….. 41
b) Les 2 types de MNT……………………………………….. 42
2) Attentes liées au MNT en géoarchéologie…………………………… 42
a) Définition de la géoarchéologie…………………………..... 42
b) L’étude topographique des sites archéologiques :
un travail préalable à toute recherche archéologique
et à mener en parallèle avec l’étude géomorphologique….. 43
c) Précisions de localisation et de topographie
de la ville antique de Méthoni…………………………….. 43
3) Intérêt d’établir un MNT de la région de Méthoni
à deux échelles différentes………………………………………….. 45
a) Avoir dans un premier temps une vision générale :
la place de Méthoni dans la région de la Piérie…………… 45
b) Avoir dans un deuxième temps une vision locale :
localiser des sites possibles pour la ville et le port
de Méthoni………………………………………………… 46
II)
Collecte des données et préparation à la création du
Modèle Numérique de Terrain……………………………………….………. 48
A) Choix
du fonds cartographique nécessaire à l’élaboration du
Modéle
Numérique
de Terrain
(MNT)……………………………………… 48
1) L’impossible utilisation des cartes topographiques
à petite échelle : 1 : 250 000e……………………………………….. 49
a) Inventaire…………………………………………………. 49
b) Critique cartographique…………………………………… 49
2) Fonds cartographique de base : les cartes à l’échelle
1 : 50 000e, la
nécessité d’avoir un travail à l’échelle régionale……. 52
a) Inventaire………………………………………………….. 52
b) Critique cartographique…………………………………… 52
3) La nécessité de disposer de documents cartographiques
à grande échelle pour affiner la modélisation numérique
de terrain dans le secteur de Méthoni……………………………..... 54
a) Inventaire des diagrammes topographiques
à l’échelle 1 : 5 000e……………………………………… 54
b) Critique cartographique…………………………………... 54
4) Les cartes marines : la nécessité d’obtenir des données
bathymétriques pour compléter la modélisation numérique
de terrain en milieu marin…………………………………………… 57
a) Inventaire………………………………………………..... 57
b) Caractéristiques…………………………………………. .. 57
c) Critique cartographique…………………………………… 57
d) Nécessité d’affiner le relevé bathymétrique……………… 58
B) La
Grèce : une multitude de systèmes de projection ou
la nécessité de choisir un référentiel commun……………………………… 60
1) Un peu d’histoire concernant la triangulation en Grèce…………... .. 60
2) Les différents systèmes de projection utilisés en Grèce et leurs
caractéristiques techniques………………………………………... .. 62
a) Le
système de projection Equidistant
Azimuthal
Hatt Projection…………………………………………. ... 62
b) Le
système de projection Transverse
Mercator
3 degrés............................................................................. ... 65
c) Le
système de projection Universal
Transverse
Mercator (UTM)………………………………………... ... 66
d) Le
système de projection HGRS87
(Hellenic
Geodetic Reference System
87) ou EGSA87…........ 68
C) Choix d’un système de projection de référence…………………………….. 70
1) La nécessité de passer d’un système de projection à l’autre……….. 70
2) World Geodetic System 84 comme système de projection
de référence…………………………………………………………. 73
III) Elaboration du MNT……………………………………………………...…. 75
A) Préparation à l’élaboration du MNT sous Arcview……………………....... 75
1) Géoréférencement du fonds cartographique sous ER MAPPER…….. 75
a) Choix du système de projection………………………….. 75
b) Technique de Géoréférencement ……………………........ 77
2) Vectorisation des courbes de niveau des cartes topographiques
sous Arcview………………………………………………………….. 80
a) numérisation des cartes topographiques
à
l’échelle 1 : 50 000e…………………………………….. 80
b) numérisation des cartes topographiques
à
l’échelle 1 : 5 000e…………………………………......... 87
3) Compléter les données topographiques : l’apport de la bathymétrie…. 89
a) Acquisition pour le MNT à l’échelle 1 : 50 000e…………. 89
b) Intégration des données obtenues grâce au SONAR
sur le fonds cartographique à l’échelle 1 : 5000e…………. 90
c) Création d’un fonds topographique unique associant
topographie en milieux terrestre et marin………………… 96
B) Création du MNT………………………………………………………....... 101
1) MNT type TIN…… ……………………………………………….. 101
2) MNT type RASTER……………………………………………....... 104
3) Vérification des MNT…………………………………………......... 106
C) Interprétation
de la modélisation numérique de terrain et améliorations
à apporter…………………………………………………………………… 108
1) Interprétation géomorphologique …………………….…………........ 108
a) Mise en évidence d’un secteur deltaïque au nord
des sites A et B de la ville de Méthoni……………………… 108
b) Visualisation de l’activité colluviale sur la modélisation
numérique de terrain………………………………………….. 113
2) Améliorations à apporter pour affiner le MNT……………………….. 114
a) La nécessité d’extrapoler le MNT et d’estimer la paléo
ligne de rivage dans le secteur de Méthoni.......………….. 114
b) Le milieu littoral : préciser la géométrie des sédiments
marins, lagunaires, deltaïques et colluviaux……………… 115
3) Accroître la précision topographique dans le périmètre du site
antique de Méthoni……..……………………………………………. 116
a) Données de Shuttle Radar Topographic Mission
(SRTM)……………………………………………………. 116
b)
Analyse
au Differential
Global Positioning System
(DGPS)…………………………………………………… 120
c) Relevés topographiques grâce au balayage LASER…….... 121
CONCLUSION……………………………………………………………………… 123
BIBLIOGRAPHIE………………………………………………………………….. 126
DOCUMENTATION CARTOGRAPHIQUE…………………………………….. 132
PLANCHE CARTOGRAPHIQUE………….…………………………………….. 133
PLANCHE PHOTOGRAPHIQUE………….…………………………………….. 134
LISTE DES TABLEAUX…………………………………………………………… 134
TABLE DES FIGURES ………………………..…………………………………… 135
ANNEXES……………………………..……….…………………………………….. 136
LISTE
DES ABREVIATIONS
|
DGPS |
Differential Global Positioning System |
|
Dpi |
Dot per inches |
|
ED 50 |
European Datum 50 |
|
EGSA 87 |
Ελληνικό
Γεωδαιτικό
Σύστημα
Αναφοράς 87 |
|
EPHE |
Ecole Pratique des Hautes Etudes |
|
GGRS 87 |
Greek
Geodetic Reference System of 1987 |
|
GPS |
Global Positioning System |
|
HCMO |
Hellenic
Cadastre and Mapping Organization |
|
HGMS |
Hellenic Military Geographic Service |
|
LASER |
Light
Amplification by Stimulated Emission of Radiation |
|
MNT |
Modèle Numérique de Terrain |
|
MSC |
Map Sheet Center |
|
NASA |
National Aeronautics and Space Administration |
|
NGA |
National Geospatial – Intelligence Agency |
|
RMS |
Root Mean Square |
|
SIG |
Système d'Information Géographique |
|
SONAR |
Sound Navigation and Ranging |
|
SRTM |
Shuttle Radar Topography Mission |
|
TIN |
Triangular Irregular Network |
|
UTM |
Universal Transverse Mercator |
|
WGS 84 |
World Geodetic System 84 |
Introduction
Durant de longues décennies l’étude de sites archéologiques s’est limitée à une activité de fouilles et à une détermination du matériel excavé. Depuis peu, sous l’impulsion de projets rassemblant plusieurs branches des sciences, l’étude géomorphologique s’est imposée comme un préalable indispensable dans la localisation précise des sites archéologiques et dans la compréhension des changements environnementaux au cours de la période historique. L’analyse topographique des sites par le biais de la modélisation numérique de terrain est relativement récente et a très rapidement montré un intérêt majeur pour l’étude des sites antiques, en permettant l’identification de formes du relief mais aussi en proposant de nouvelles localisations de sites archéologiques.
Le travail qui est ici présenté, fruit de trois années de recherches, s’inscrit dans un programme pluri-discplinaire de l’Ecole Pratique des Hautes Etudes, la variété thématique abordée ici traduit une volonté de faire une synthèse de l’ensemble des connaissances d’un secteur peu étudié : la région de Méthoni en Grèce du nord. Elle cherche également à mettre à la portée de toutes les parties engagées dans ce travail un document de départ à toute prospection géomorphologique ou archéologique notamment. Des présentations géomorphologiques, géologiques et historiques détaillées du secteur d’études se justifient en ce sens. Elles sont le résultat d’investigations sur le terrain et le fruit d’une documentation en bibliothèque à l’Université de Thessalonique entre autres, au cours d’un séjour ERASMUS effectué de mars à juin 2004.
Les nombreuses recherches entreprises ont amené à dégager certaines problématiques : Comment parvenir à trouver un système de projection capable de réunir l’ensemble des documents cartographiques glanés auprès des différents services grecs pour arriver à créer un modèle numérique de terrain? Quelles formes du relief susceptibles de traduire une activité géomorphologique dans le secteur de Méthoni peut-on identifier sur la modélisation numérique de terrain ?
Dans une première partie, nous nous attacherons à présenter le secteur d’études en insistant sur la description et l’analyse du cadre physique de la région de Méthoni.
La rapidité de l’évolution morphologique est une des caractéristiques principales de notre secteur d’études. La progradation importante de la plaine de Thessalonique depuis 3 000 ans environ, comblant en grande partie le golfe Thermaïque, l’évolution des versants empreinte d’une activité colluviale marquée ainsi qu’un recul actif de la falaise de Méthoni sont autant de témoins de cette dynamique morphologique très active.
L’Homme qui s’est implanté dans la région de Méthoni a dû s’adapter à ces changements environnementaux en en subissant certains méfaits (défluviations, séismes,…). La ville, fondée au VIIIe siècle avant J.C. a connu une histoire très tourmentée, faite de relations complexes avec la ville d’Athènes et les Macédoniens, d’un siège et d’une destruction par les armées de Philippe II au IVe siècle avant J.C. Ces étapes importantes de la vie de la cité sont autant de faits partiellement élucidés et qui permettraient d’identifier avec précision le ou les sites d’occupation.
De par sa position d’interface entre le golfe Thermaïque à l’est, les collines de la région historique de Piérie à l’ouest, la plaine de Thessalonique au nord, Méthoni devait occuper une place stratégique importante, à la fois pour le commerce mais aussi pour le contrôle de la côte nord-égéenne. Les phases d’occupation de la cité sont encore incertaines, nous savons que plusieurs sites l’ont abritée à différentes époques (HATZOPOULOS et al., 1990) : deux sites probables ont pu être à ce jour déterminés. Cette multiplicité de sites nous a incité à faire une modélisation numérique de terrain de la région de Piérie et du secteur de Méthoni en particulier. Cet emboîtement d’échelles est indispensable afin de mieux comprendre l’évolution géomorphologique de la région et d’identifier des sites susceptibles d’avoir hébergé la cité antique et son port.
Avant de parvenir à l’établissement de Modèles Numériques de Terrain (MNT) à échelle régionale (1 : 50 000e) et locale (1 : 5 000e), de nombreux problèmes techniques visant à obtenir un seul et même référentiel cartographique ont dû être résolus.
Dans une seconde partie, nous procèderons à un inventaire de l’ensemble des documents cartographiques, ce travail permettant de révéler notamment le grand nombre de systèmes de projection cartographique utilisés en Grèce depuis la fin du XIXe siècle. La connaissance de toutes leurs caractéristiques techniques permettra de les replacer dans un système de projection unique. Des opérations de conversions ont été nécessaires et seront ici détaillées, servant ainsi de travail de référence pour les prochains travaux cartographiques et topographiques qui seront entrepris en Grèce.
Disposer d’un fond topographique à plusieurs échelles géographiques parfaitement géoréférencé dans un système de projection unique (UTM WGS 84) permettra d’augmenter la précision et la qualité des différents MNT.
Des problèmes d’interprétation cartographique se sont posés par la nécessité de vouloir restituer une paléotopographie à une époque historique donnée. L’implantation humaine depuis le début de l’occupation de la région du site de Méthoni a profondément transformé les paysages et la topographie en particulier. Au cours du XXe siècle, la construction d’infrastructures autoroutières et ferroviaires entre autres a contribué à modifier la topographie : des problèmes d’interprétation se posent pour élaborer les MNT.
Après avoir géoréférencé l’ensemble des supports cartographiques, dans une troisième partie nous détaillerons les différentes étapes qui ont permis la réalisation des MNT. La numérisation des courbes a nécessité environ 345 000 points à l’échelle régionale et plus de 13 000 points à l’échelle locale. L’intégration des données bathymétriques provenant de relevés bathymétriques effectués par Mike Styllas (Doctorant à l’Université Aristote de Thessalonique) a permis de compléter l’information topographique à proximité de la ville antique de Méthoni.
L’intégration de toutes ces informations dans un Système d’Information Géographique (SIG) facilitera l’accès aux données par les différentes disciplines engagées dans le projet.
L’interprétation géomorphologique découlant de la modélisation numérique de terrain permettra de distinguer des formes alluviales, colluviales, des secteurs deltaïques et éventuellement de faire des interprétations morpho-tectonqiues.
Il est bien évident que faire un MNT à proximité d’un milieu deltaïque présentant de faibles altitudes sur de longues distances entraîne obligatoirement des « lacunes » topographiques. Grâce au perfectionnement des techniques topographiques, il est désormais possible de réduire ces imprécisions. A chaque échelle géographique correspond une technique appropriée qui a pour but d’accroître la qualité du MNT et apporter d’éventuelles corrections.
Les MNT établis ne sont qu’une base de départ à toute étude environnementale des sites archéologiques, dans le cas de Méthoni, une extrapolation est possible en tentant de reconstituer une paléotopographie.
Des études parallèles doivent être menées, notamment en géomorphologie littorale et en archéologie afin d’estimer la position de la paléofalaise au moment de l’activité de la ville de Méthoni. Nous pourrons ainsi en déduire la superficie approximative du site A originel de Méthoni fortement réduite en raison du recul de la falaise, puis de sa fossilisation au cours de la période historique.
Bibliographie
· WOOD J., 1996. The geomorphological characterisation of Digital Elevation Model. Thèse de Doctorat : Université de Leicester.