GIS CONTRIBUTION FOR MARINE HABITATS STUDIES AND COASTAL MANAGMENT
APPLICATION FOR THE RADE DE TOULON (VAR, FRANCE, OCCIDENTAL MEDITERRANEAN)

Jacques Denis (1), Guillaume Bernard (2)Guirec Queffeulou (3)

(1) Laboratoire côtier - Centre IFREMER de Toulon-la Seyne
(2) GIS Posidonie - Marseille Luminy
(3) Toulon Provence Mediterranee (TPM), Toulon

1 Introduction
La gestion intégrée des zones côtières implique le recours à divers instruments de planification adaptés aux problématiques locales et qui exigent une maîtrise complète des connaissances du milieu. A ce titre, le contrat de baie de la rade de Toulon est un exemple significatif sur la façade méditerranéenne française de traitement des données et de l'information destinée aux gestionnaires. Un état des lieux du patrimoine sous marin a été entrepris pour fournir une cartographie des biocénoses marines d'une zone de près de 350 km2 de superficie. La méthodologie suivie pour élaborer cette synthèse, a fait appel à un découpage de la zone d'étude en secteurs représentatifs de la configuration du littoral et de ses principales communautés de biocénoses. Le traitement de l'information collectée, en tant qu'information géographique, a permis d'incrémenter une base de données, identifiant les secteurs de la zone d'étude prioritaires pour la mise en place de mesures de protection et de gestion du milieu marin.

2 Méthode
la connaissance des biocénoses marines benthiques requiert un nombre important de données très variées, à collecter, traiter et restituer. Pour conduire à la cartographie des biocénoses de la rade de Toulon renseignant 15 thèmes biocénotiques, 7 filières de données ont été investies (Fig. 1) : l'analyse bibliographique, le sonar latéral, la photographie aérienne, les levers par caméra vidéo sous-marine, les prélèvements de sédiment, la plongée et l'étude du médiolittoral. L'ensemble de ces données a suivi un même traitement pour conduire à la création d'une information géographique cohérente aux plans thématique, géographique, géométrique et informatique et permettre leur intégration dans un SIG. A l'issue de la synthèse de l'information obtenue, des cartes thématiques et de pistes de gestion, à l'échelle de la rade de Toulon sont proposées (Fig. 1).

 

Figure 1 : démarche opératoire de la conduite de l'étude

2.1 Données de base (existantes et nouvelles)
La diversité des sources et des types de données (surfacique, linéaire et ponctuel) répond autant à un besoin de complémentarité des données entre elles (lacunes existantes dans la couverture des acquisitions) que de calibration et de validation (zones d'incertitudes, vérification d'informations existantes, etc.). Ainsi (Fig. 2) :

Figure 2. Répartition et couverture spatiale des différentes filières d'acquisition de données.

2.2 dépouillement et traitement des données des différentes filières

2.2.1 Données issues de la bibliographie
La recherche ciblée des données existantes relatives aux biocénoses benthiques, même si elles ne sont pas exhaustives ni récentes, fournit un état des connaissances existantes. Les résultats d'études disponibles sous forme cartographique qui présentent un intérêt particulier ont été préférentiellement retenus notamment ceux portant sur la thématique sédiment et herbier de Posidonie. Les résultats de la sélection bibliographiques portent ainsi sur 33 références, datées de 1975 à 2000. Pour chacune d'elles sont retenus, la zone géographique concernée, l'objet de l'étude en terme de biocénoses, les types de données produites et disponibles et, enfin, le type de support sur lequel l'information biocénotique est restituée (formats papier ou numérique).
Ce type de représentation est destiné à faciliter l'exploitation des données existantes et la synthèse des connaissances.
L'information issue de la bibliographie fournit ainsi un état des investigations réalisées et permet également de recenser les zones prioritaires à couvrir lors de campagnes d'acquisition de nouvelles données. Son intégration dans le processus de cartographie des biocénoses est donc préalable à la planification des interventions de terrain.

2.2.2 Données des levés sonar
Les levés sonar ont pour objectif d'identifier l'extension des biocénoses benthiques profondes (entre 15 et 60 mètres), et de préciser notamment la localisation de la limite inférieure de l'herbier de Posidonie.
Les trajets effectués lors de la campagne POSICART (juillet 2000), sur la zone d'étude ont fourni près de 120 km de levés, ce qui représente une surface renseignée d'environ 24 km². L'effort principal de couverture a été effectué sur les larges baies occupées par un herbier présentant un fort recouvrement, comme celui de la baie des Sablettes et de la partie Ouest de la grande rade de Toulon; la partie Est n'ayant fait l'objet que d'un levé de référence linéaire, des données relativement récentes existant déjà sur ce secteur (Paillard et al., 1993 ).
Le dépouillement des sonogrammes couvrant la zone d'étude réalisé, a été restitué sous forme d'une maquette de carte des biocénoses profondes, dont les thèmes répondent à la nomenclature suivante :
- herbier à Posidonia oceanica et zones de matte morte,
- faciès sédimentaires,
- faciès rocheux,
- traces anthropiques (mouillage, chalutage).
La transformation de cette maquette en information géographique passe par une première étape de numérisation et de géoréférencement pour être intégrée aux couches de données issues des autres filières.

2.2.3 Données des photographies aériennes
Les photographies aériennes sont des outils classiques de cartographie des biocénoses marines à faible profondeur (de 0 à 15 m de profondeur au maximum).
Tout le linéaire côtier de la zone d'étude, d'une cinquantaine de km de long, a été couvert par 17 épreuves. On peut considérer que c'est toute la surface des petits fonds, jusqu'à une profondeur moyenne de 12 m, qui a été ainsi couverte et renseignée.
Les photographies ont été numérisées et redressées géographiquement. L'interprétation de ces images a été réalisé à l'écran au moyen du module Image Analysis® d'Arcview®. Elle aboutit à une maquette de carte des biocénoses à faible profondeur, directement intégrable au SIG, portant sur l'herbier à Posidonia oceanica les zones de matte morte et les faciès sédimentaires et rocheux de faible profondeur.

2.2.4 Données de vidéo remorquée et ROV
La reconnaissance des fonds marins par vidéo sous-marine constitue une des sources de données sur les biocénoses, qui vient en complément de celles acquises par le sonar latéral, les photographies aériennes et les plongées.
Deux techniques ont été utilisées, à savoir, la vidéo remorquée et la vidéo opérée à partir d'un ROV. 75 km de levés ont été ainsi réalisés dans la tranche bathymétrique de 0 à 50 mètres.
Le dépouillement des images enregistrées conduit à la qualification des routes suivies selon les thèmes biocénotiques retenus : l'herbier à Posidonia oceanica, les peuplements de Caulerpa taxifolia et C. racemosa, les différents faciès de substrat rocheux, sableux, vaseux et, enfin, diverses particularités comme la présence de macro déchets, d'épaves ou d'espèces animales ou végétales.
Les résultats obtenus sont destinés à calibrer et à valider, dans une phase ultérieure d'intégration sous SIG, les informations provenant des autres sources de données.
En complément des images de vidéo remorquée, l'acquisition par ROV permet de fournir des images de qualité des sites les plus caractéristiques de la zone d'étude.

2.2.5 Données de sédiment
La reconnaissance des fonds marins par prélèvement de substrat permet de caractériser directement sa nature grâce, notamment, aux analyses granulométriques..
Au total, 73 prélèvements de sédiments ont été pris en compte couvrant l'intégralité de la zone d'étude. Cet apport de données permet d'aider à calibrer et à valider les données des filières précédentes, et aident à la délimitation ultérieure des biocénoses de substrats meubles.

2.2.6 Données de plongée sous-marine
L'intervention par plongée a pour but, par observation in situ, de valider certaines données sonar, photos aériennes ou vidéo ou de combler des lacunes. Ces plongées permettent de reconnaître la nature des fonds et de caractériser les peuplements qui les occupent. Le choix de leur répartition géographique est principalement dicté par l'état antérieur des connaissances, fourni par la bibliographie et les résultats des investigations in situ (sonar, photographies aériennes, vidéo). Au total, 26 plongées de reconnaissance et d'inventaire ont été réalisées ainsi que 13 plongées ponctuelles de vérité terrain.
Les informations obtenues en plongée sont exprimées en terme de qualité du milieu et aident, par ailleurs, à la calibration et validation des informations des filières de sonar et de photographie aérienne.

2.2.7 Données sur les peuplements du médiolittoral
Dans la zone de battement des vagues se trouvent des ceintures étroites d'algues et d'invertébrés dont la répartition est limitée à ce niveau marin (Cystoseira amantacea var. stricta, Lithophyllum byssoides, Corallina elongata, Rissoella verruculosa, Ulva spp. et Enteromorpha spp.). L'étude de leur répartition géographique, ainsi que leur suivi dans le temps, peut permettre de caractériser la qualité du milieu littoral ; on parle alors d'indicateurs biologiques et plus particulièrement d'espèces sentinelles. La répartition de ces peuplements le long du linéaire de côte, a été relevée sur la quasi totalité de la zone d'étude.
Le trait de côte a été digitalisé à partir d'agrandissements de photos au 1:2000ème et divisé en secteurs de 50 m pour lesquels sont relevées les cotes d'abondance des différentes espèces échantillonnées. En combinant et triant les informations de la base de données, on peut rapidement produire sous SIG des cartes thématiques de répartition (par espèce et par secteur).
Le produit final est une cartographie des peuplements du médiolittoral et de l'étage supérieur de l'infralittoral.

2.3 Synthèse cartographique de l'information
La cartographie est l'étape ultime de la démarche au niveau de laquelle, les résultats des étapes précédentes convergent et sont intégrés. Il s'agit, en l'occurrence, de traduire l'information géographique, de type surfacique, linéaire et ponctuel, issue des différentes filières en une information thématique commune qui constituera la nomenclature unique de la carte finale des biocénoses benthiques.

3 Résultats

3.1 Nomenclature
La nomenclature nominale retenue pour traduire la connaissance actuelle des biocénoses de la rade de Toulon est la suivante :

1. Ecosystèmes spécifiques :
- l'herbier de Posidonie : l'herbier est caractérisé par
* deux classes de recouvrement , l'un fort (> 50 %) et l'autre faible à moyen (< 50 %),
* la présence de matte morte visible dans certains cas (tombants ou chenaux en relief) ou invisible sous une couche de sable. Ceci a conduit à représenter symboliquement, par une ligne pointillée, la limite d'extension la plus probable des mattes mortes jusqu'à la profondeur approximative de 28 m (définie d'après les données de la littérature et les validations de plongée),
* l'existence de récif barrière (forme particulière d'herbier),
* la présence d'autres herbiers de phanérogames marines (Cymodocées et Zostères), représentés par leur enveloppe maximale d'extension,
- les Caulerpes : les zones concernées sont caractérisées par la présence de l'une ou l'autre des deux espèces identifiées, Caulerpa taxifolia et C. racemosa, selon deux types de représentations : ponctuellement là où elle a été observée sur les trajets vidéo et spatialement pour indiquer globalement les zones colonisées (selon des degrés divers),

2. le substrat : plusieurs catégories de substrat ont été identifiées et retenues pour leur caractère représentatif de la zone d'étude. Ainsi, ont été distingués :
- le substrat dur, sous forme de :
* substrat dur à biocénoses photophiles,
* roches profondes sans peuplements du coralligène,
* roches profondes à peuplements du coralligène,
- le substrat meuble non classé, sous forme de :
* détritique côtier classique,
* détritique côtier envasé,
- le substrat meuble classé, sous forme de :
* sable grossier,
* sable fin,
* sable vaseux de mode calme,
* vase portuaire,

3. Eléments divers : plusieurs types d'éléments divers ont été rencontrés comme :
- les épaves de bateaux ou autres objets (pièces métalliques, torpilles ou obus, câbles, etc.),
- les macro déchets de natures diverses (plastique, fer, verre, etc.),
- les traces d'activités anthropiques (chaluts, ancres, etc.).
Cependant, seules les épaves ont été représentées, en tant qu'éléments bien identifiés.

3.2 Cartographie des biocénoses
Les documents cartographiques ont été conçus et produits sur la base de cette nomenclature définitive (Fig. 3 ; carte 1).

Figure 3 : nomenclature retenue pour la représentation cartographique des biocénoses de la rade de Toulon

Carte 1 : carte générale des biocénoses de la rade de Toulon

 

3.3 Application en terme de gestion
Les biocénoses identifiées dans la rade de Toulon présentent des caractéristiques qui leur sont propres, compte tenu du contexte environnemental du milieu qui les conditionnent. Par ailleurs, ces biocénoses sont soumises à des agressions diverses qui contribuent à modifier ces conditions. L'information recherchée relève du croisement de la sensibilité intrinsèque des biocénoses en place au vu des conditions de milieu qui régissent leur structure et fonctionnement et des risques ou facteurs d'altération en tant que formes d'agressions agissant sur les biocénoses. La confrontation de ces éléments de sensibilité et de risques se traduit en terme de vulnérabilité des biocénoses, notion qui au vu de l'état de vitalité des biocénoses en place et de leur dynamique permet de définir des tendances d'évolution des biocénoses. Des mesures de gestion appropriées, peuvent alors être propsées.

La zone d'étude a est divisée en six secteurs homogènes en terme de répartition biocénotique , et parmi la liste des biocénoses identifiées dans la zone d'étude et en référence à la nomenclature définitive correspondante, les éléments biocénotiques les plus sensibles ont été sélectionnés. Cette sélection a été menée sur la base de leur intérêt ou valeur écologique, tant au plan individuel (espèces) que collectif (écosystèmes, paysages, peuplements). Il s'agit notamment de :

Le type de rapport sensibilité/risque obtenu défini une situation donnée, pouvant osciller entre deux extrêmes :

Le secteur n°6 apparaît ainsi comme présentant la plus "forte sensibilité", elle est essentiellement due à l'aspect remarquable et à la diversité des peuplements qui l'occupent. En revanche, au vu des usages et activités développées dans la zone d'étude, ce sont les secteurs 1 et 2 qui comportent le plus d'éléments de risque, dus notamment aux activités prépondérantes industrialo-portuaires (Fig. 4).

L'analyse de la situation des biocénoses, pour chaque secteur, en terme de vulnérabilité et en terme de dynamique évolutive a conduit à proposer un certain nombre de pistes de gestion, adaptées à chaque situation, et notamment des mesures de suivi du milieu marin (mise en place de points de suivi de l'herbier de Posidonie, suivi des peuplements du médiolittoral, suivi des peuplements de poissons, suivi des peuplements de gorgones), ainsi que des propositions pour la mise en place d'une Aire Marine Protégée.

4 Conclusion
Cette étude constitue un état des lieux des biocénoses marines de la rade de Toulon, de la pointe de l'Eperon au cap de Carqueiranne, dans la tranche bathymétrique comprise entre la surface et 50 m, couvrant un espace marin de quelques 45 km². L'utilisation de l'information géographique et sa mise en forme thématique sous SIG : répartition spatiale des biocénoses marines, état de vitalité, dynamique évolutive, et facteurs de risques a permis d'identifier les secteurs de la zone d'étude prioritaires en terme de préservation et gestion. La base de données ainsi constituée est directement utilisable dans la mise en œuvre d'un plan de gestion de la rade de Toulon.
A cet effet, cette étude apporte plusieurs propositions de suivis scientifiques du milieu marin, à mettre en œuvre à moyen et long terme, ainsi que les éléments de réflexion pour la mise en place d'une aire marine protégée dans le secteur particulier des Deux Frères.

Bibliographie