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

 PRODIG-UMR85856/CNRS                                                    

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.