A regional-scale landslide mapping following extreme rainfall using freely available remote sensing data

Lorsque de fortes pluies tombent sur des collines boisées escarpées, le sol peut parfois céder, entraînant terre, roches et arbres vers le bas de la pente. Ces événements, connus sous le nom de glissements de terrain, sont des forces naturelles puissantes qui façonnent les paysages et posent de sérieux risques pour les populations et les infrastructures. Pour comprendre où se situent ces dangers et comment s'y préparer, les scientifiques créent des cartes qui enregistrent précisément l'endroit où les glissements se sont produits. Traditionnellement, l'élaboration de ces cartes nécessitait que des équipes parcourent les environs en voiture, grimpent les collines à pied et dessinent manuellement les limites de chaque glissement trouvé. Ce processus est lent, coûteux et souvent impossible à achever rapidement après une catastrophe majeure, lorsque le temps est compté. Cependant, ces dernières années, les scientifiques se sont tournés vers les satellites en orbite autour de la Terre pour obtenir de l'aide. Ces machines peuvent prendre des photos du sol depuis l'espace et, en comparant des images prises à différents moments, elles peuvent repérer les changements dans le paysage, comme les zones où les arbres ont été arrachés par un glissement.

Au début de l'année 2022, une série de tempêtes intenses a déversé des quantités de pluie records sur le bassin versant de la rivière Wilsons, en Nouvelle-Galles du Sud, en Australie. Le déluge a déclenché des milliers de glissements de terrain à travers la région, endommageant les routes et isolant des communautés. Bien que les inondations aient été bien documentées, personne n'avait encore créé de carte complète des glissements de terrain survenus dans cette vaste zone forestière. Des chercheurs de l'Université Southern Cross se sont donné pour mission de combler cette lacune. Ils ont développé une nouvelle méthode pour cartographier rapidement et avec précision ces catastrophes en utilisant uniquement des données satellites gratuites et des outils informatiques standards. Leur objectif était de créer un inventaire fiable de chaque glissement de terrain dans la région sans avoir besoin de visiter chaque site à pied, fournissant ainsi une base cruciale pour la planification de la sécurité et les efforts de rétablissement futurs.

L'équipe a commencé par observer le paysage à travers les yeux d'un satellite appelé Sentinel-2, qui capture des images détaillées de la surface de la Terre. Ils se sont concentrés sur une mesure spécifique appelée l'indice de végétation par différence normalisée (NDVI), une façon de quantifier la verdure et la santé des plantes. Les forêts saines réfléchissent la lumière d'une manière spécifique qui les fait paraître très vertes, tandis que le sol nu ou la végétation endommagée présentent un aspect différent. En comparant les images prises avant les tempêtes en mai 2021 avec celles prises après les inondations en mai 22 en mai 2022, les chercheurs ont pu identifier les zones où la verdure avait soudainement disparu. Ces taches sombres sur la carte indiquaient les endroits où la végétation avait été retirée, ce qui est un signe fort qu'un glissement de terrain s'était produit.

Cependant, il ne suffit pas de simplement chercher l'absence de verdure. Les tempêtes ont également fait gonfler les rivières, érodant leurs berges et déposant de la boue sur les plaines d'inondation, ce qui retire également la végétation et crée des taches sombres similaires sur les images satellites. Si les chercheurs s'étaient appuyés uniquement sur les images satellites, ils auraient confondu l'érosion des rivières avec de véritables glissements de terrain, créant ainsi une carte truffée d'erreurs. Pour résoudre ce problème, l'équipe a mis en place un processus de filtrage par étapes afin de séparer les vrais glissements de la dégradation des rivières. Ils ont d'abord éliminé toute perte de végétation survenue trop près des berges, sachant que les glissements commencent généralement sur les flancs des collines et non dans l'eau. Ensuite, ils ont examiné la forme du terrain. Ils savaient que les glissements de terrain se produisent rarement sur des terrains plats ou des pentes très douces, ils ont donc filtré les changements survenus à de basses altitudes ou sur des terrains plats. Ils ont également fixé une taille minimale pour les caractéristiques comptabilisées, ignorant les minuscules parcelles de végétation manquante qui étaient probablement de simples bruits dans les données plutôt que de réels désastres.

Après avoir passé l'ordinateur à travers ces filtres, les chercheurs se sont retrouvés avec des milliers de zones candidates qui ressemblaient à des glissements de terrain. Mais le travail n'était pas terminé. L'équipe a ensuite vérifié manuellement chacun de ces candidats en examinant des photographies aériennes à haute résolution, consistant essentiellement à zoomer pour voir si la forme et l'emplacement de la caractéristique correspondaient réellement à un glissement de terrain. Ils ont éliminé les fausses alertes restantes, telles que les zones où des agriculteurs avaient défriché des terres ou les endroits où les arbres étaient morts pour d'autres causes. Cet examen humain minutieux a permis de garantir que la carte finale soit précise et fiable.

Le résultat de ce processus fut un inventaire complet de 3 689 polygones de glissements de terrain distincts couvrant une superficie totale de 6,91 kilomètres carrés au sein de la zone d'étude de 1 871 kilomètres carrés. La carte a révélé que les glissements de terrain n'étaient pas répartis uniformément dans la région. Au contraire, ils étaient fortement concentrés dans les parties nord, escarpées et élevées du bassin versant, particulièrement autour des villes de Nimbin et de The Channon. En revanche, les zones plus plates et basses près de la rivière présentaient très peu de glissements. Les chercheurs ont constaté que la densité de glissements de terrain était la plus élevée dans les sous-zones de Leycester Creek et de Goolmangar Creek, là où le terrain est le plus abrupt.

Pour vérifier leur travail, les chercheurs se sont rendus dans plusieurs lieux sur le terrain et ont comparé leurs résultats avec la carte qu'ils avaient créée. Ils ont constaté que chaque glissement de terrain qu'ils avaient visité avait été correctement identifié par leur méthode. Ils ont également recoupé leur carte avec les registres gouvernementaux de fermetures de routes et de projets de réparation, trouvant une forte correspondance entre les zones cartographiées et les endroits où les dommages les plus graves s'étaient produits. Cela a confirmé que leur approche avait réussi à capturer l'étendue réelle de la catastrophe tout en ignorant les signaux trompeurs provenant de l'érosion des rivières et d'autres événements autres que les glissements de terrain.

Cette étude démontre qu'il est possible de créer des cartes détaillées à l'échelle régionale, rapidement et à moindre coût, en utilisant des données librement disponibles. En combinant l'imagerie satellite avec des règles simples concernant la forme et l'emplacement du terrain, et en terminant par une vérification humaine minutieuse, l'équipe a produit un outil qui peut être utilisé par les gestionnaires d'urgence et les conseils locaux. Cet inventaire constitue une base solide pour comprendre comment le paysage a réagi aux précipitations extrêmes, aidant les responsables à planifier les futures tempêtes, à gérer le rétablissement des infrastructures endommagées et à protéger les communautés contre des événements similaires dans les années à venir.