PAStECA: Historical Aerial Photographs and Archives to Assess Environmental Changes in Central Africa

PAStECA

La zone d'étude du projet PAStECA (2017-2021) englobe la branche occidentale du système de rift est-africain (Est de la RDC, Rwanda, Burundi), une région dont la population augmente rapidement. Malgré l'impact parfois dévastateur de l'homme sur son environnement, les interactions entre la démographie, l'utilisation des terres et la modification de la couverture terrestre, ainsi que la dégradation des terres dans la région restent pour l'essentiel non étudiées. Un facteur limitant de telles recherches est le manque de données historiques.

Le MRAC possède une vaste collection de photographies aériennes historiques et d'archives qui remontent jusqu'aux années 1950. Après avoir converti les photographies analogiques en format numérique, nous élaborons des cartes de l'utilisation et de l'occupation des sols (LULC) pour la région entre 1950 et aujourd'hui. Ces cartes LULC permettent de caractériser les liens entre l'homme et les processus de dégradation des terres tels que les glissements de terrain, la déforestation et l'érosion.

En même temps, les résultats du PAStECA servent d'indicateur de l'utilité de ces archives dans le contexte de la recherche scientifique moderne. Ils permettront de déterminer si l'investissement dans la numérisation des photographies aériennes historiques est justifié dans le contexte de la recherche.

Ruzizi

OBJECTIFS

La conversion de terres naturelles en paysages dominés par l'homme, par exemple par le biais de l'étalement urbain ou de l'expansion de l'agriculture, est une composante majeure du changement environnemental mondial. Ces transformations de l'environnement induites par l'homme peuvent avoir des impacts, par exemple sur la biodiversité, les rétroactions du climat et de la surface terrestre, et la dégradation des sols et des paysages. Parallèlement à ces changements, les modifications de l'occupation des sols altèrent également les services écosystémiques. L'évaluation des processus de changement de l'utilisation et de la couverture des sols (LULC) et des scénarios futurs possibles est d'une importance capitale si nous voulons intégrer la durabilité dans les stratégies de développement, la gestion des écosystèmes et la planification de l'utilisation des sols, en particulier dans les pays en développement où les taux de changement de LULC sont les plus élevés.

Pour quantifier et comprendre la complexité des changements et des modifications subtiles de l'UTC, un compte rendu précis des conditions passées de l'UTC et des changements récents sur une échelle de temps multidécennale présente une importante valeur ajoutée. En effet, la documentation des trajectoires à long terme de l'évolution de l'UTC peut apporter de nouvelles informations importantes car l'importance de certains des moteurs de l'évolution de l'UTC, tels que la croissance démographique et l'exode rural, n'apparaît que sur des périodes suffisamment longues, et l'importance relative des moteurs de l'évolution de l'UTC change de manière significative sur ces échelles de temps.
Cependant, les enregistrements multidécennaux suffisamment longs des changements de l'UTC sont presque inexistants pour les régions les moins développées du globe. Ce manque important n'est pas facile à combler : les évaluations mondiales et régionales de l'utilisation des sols et des sols, dérivées des premières données satellitaires des années 70 et 80, offrent une résolution spatiale souvent trop grossière pour cet objectif et les données satellitaires à très haute résolution ne sont devenues disponibles qu'à la fin des années 90, dans le meilleur des cas. L'utilisation de photographies aériennes historiques en noir et blanc offre la possibilité d'étudier une période plus longue. Ces photos présentent d'excellents détails spatiaux qui les rendent appropriées pour étudier, par exemple, des sujets aussi différents que la transition forestière, la dynamique des glissements de terrain, l'érosion des sols et l'étalement urbain.

L'objectif général du projet PAStECA est de mettre en évidence l'importance et la valeur ajoutée des documents d'archives dans les études portant sur des questions actuelles dans des zones où il n'existe pas d'études de référence. Dans le cas présent, les photographies aériennes et les archives du MRAC soutiendront les études sur les changements environnementaux actuels dans les environnements tropicaux cibles d'Afrique centrale. L'accent des sujets environnementaux repose sur la dynamique spatio-temporelle des changements de l'UTC. Le projet traite de l'occupation et de la démographie des sols, de la dégradation des sols, des processus de pente et des géorisques.

  • Le premier objectif spécifique est de produire des produits numériques géolocalisés des photographies historiques et des archives qui peuvent être utilisés pour les études sur l'occupation des sols en général.
  • Le deuxième objectif spécifique de ce projet est d'explorer les causes, les impacts, les échelles et les tendances de l'UTC et de ses changements dans le contexte de la dégradation environnementale à l'aide de ces produits numériques.
  • Le troisième objectif spécifique est consacré à l'amélioration de l'accessibilité des produits numériques liés aux photographies historiques, aux archives et aux changements de l'UTC disponibles à la fois pour la communauté scientifique internationale et pour le grand public afin de favoriser leur exploitation.

 

Bukavu 1959

Bukavu en 1959

 

ZONE D'ETUDE

La zone d'étude est confinée aux environnements de montagne tropicale de la branche occidentale du rift est-africain. Cette région s'étend de la zone du rift du Nord Tanganyika au sud à la province volcanique des Virunga au nord. Son évolution LULC est très intéressante à étudier en raison de la combinaison des caractéristiques naturelles et humaines suivantes:

  • La région a l'une des densités de population les plus élevées d'Afrique, l'expansion urbaine est très rapide et la pression anthropique élevée (par exemple, au Rwanda, la densité de population est passée de 183 hab./km2 en 1978 à 415 hab./km2 en 2012 alors que la densité pour l'ensemble du continent n'est que de 39 hab./km2). Bukavu, Bujumbura et Goma sont des villes qui comptent actuellement environ 800 000 habitants chacune, alors qu'à l'époque coloniale, elles n'en comptaient que quelques milliers. Cette augmentation de la population a un effet drastique dans les zones urbaines mais aussi dans les zones rurales où les conflits fonciers sont un réel problème;
  • Une grande majorité de la population dépend de l'agriculture;
  • Une partie importante de la population est directement ou indirectement liée au secteur minier et les deux contribuent à la dégradation des terres;
  • La zone est à la frontière entre trois pays (avec des politiques de gouvernance et des caractéristiques socio-économiques différentes);
  • Le paysage est diversifié (montagnes, lacs, rivières, volcans) et le sol et le climat sont très favorables à l'expansion de l'agriculture;
  • La zone est affectée par des années de conflits qui, à leur tour, mettent en péril le développement socio-économique et ont un impact sur l'UTCL (migration, pression foncière sur les parcs naturels, contrôle des mines);
  • Les facteurs naturels de déclenchement et de prédisposition tels que les fortes pluies, l'activité tectonique et la topographie abrupte favorisent l'apparition de glissements de terrain et de processus d'érosion du sol (y compris les grands ravinements). De plus, le Nyamulagira et le Nyiragongo sont deux volcans très actifs et sources de risques divers (coulées de lave, dégagement de gaz toxiques). Le risque volcanique et les coulées de lave, en particulier, augmentent la pression sur l'aménagement du territoire dans la région de Goma;
  • Le MRAC a développé une très forte expertise sur la région au cours de la dernière décennie et a collecté des ensembles de données sans précédent pour des environnements similaires;
  • Le MRAC et l'ULB ont développé un large réseau impliquant les institutions locales et la société civile dans le cadre du projet GeoRisCA.

Zone d'étude PAStECA 

PASTECA study area

 

METHODE

Pour atteindre les objectifs de PAStECA, le projet est subdivisé en 9 paquets de travail (WP). La responsabilité de chaque paquet est attribuée à un ou plusieurs partenaires (MRAC, KUL, ou ULB).

PASTECA workpackages

Il y a trois WP transversaux : Le WP 1 fournit les données de base qui constituent la pierre angulaire du projet, le WP 8 intégrera, par le biais de différentes approches de modélisation, les résultats des autres WP, et le WP 9 concerne la diffusion sur le web des données historiques géoréférencées et des cartes produites afin de partager les données avec la communauté scientifique dans son ensemble et de sensibiliser le grand public, les décideurs politiques et les gestionnaires des terres à l'importance des changements d'utilisation des terres.

Les autres WPs sont organisés en deux groupes connexes, le premier se concentrant sur la production d'une collection numérique géoréférencée directement à partir des données historiques disponibles au CARM et la production de produits numériques dérivés de LULC. Le second groupe concerne l'analyse de l'évolution de l'environnement. Il implique plusieurs WP qui sont fortement interconnectés. Le projet traverse des disciplines telles que la science des populations, la géographie, la géomorphologie, la géomatique et la télédétection. Le WP 0 est transversal et traite des stratégies de gestion et de valorisation.

 

CONSORTIUM

AfricaMuseum GeoRiskA

KULeuven

ULB

 

RESULTATS DE LA RECHERCHE

Données

Articles scientifiques

  • Maki Mateso, J.C., Bielders, C., Monsieurs, E., Depicker, A., Smets, B., Tambala, T., Bagalwa Mateso, L., Dewitte, O. (in preparation) Characteristics, distribution and susceptibility of natural and human-induced landslides in a tropical mountainous region: the Rift flank west of Lake Kivu (DR Congo).
  • Kubwimana, D., Ait Brahim, L., Nkurunziza, P., Dille, A., Depicker, A., Nahimana, L., Abdelouafi, A., Dewitte, O. (2021) Characteristics and Distribution of Landslides in the Populated Hillslopes of Bujumbura, Burundi. Geosciences 11, 259. doi: https://doi.org/10.3390/geosciences11060259.
  • Depicker, A., Jacobs, L., Mboga, N., Smets, B., Van Rompaey, A., Lennert, M., Wolff, E., Kervyn, F., Michellier, C., Dewitte, O., Govers, G. (2021). Historical dynamics of landslide risk from population and forest-cover changes in the Kivu Rift. Nature Sustainability. doi: https://doi.org/10.1038/s41893-021-00757-9.
  • Mboga, N., Grippa, T., Georganos, S., Vanhuysse, S., Smets, B., Dewitte, O., Wolff, E., Lennert, M. (2021) Fully convolutional networks for land cover classification from historical panchromatic aerial photographs. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 167, 385-395. doi: https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2020.07.005.
  • Depicker, A., Govers, G., Jacobs, L., Campforts, B., Uwihirwe, J., Dewitte, O. (2021). Interactions between deforestation, landscape rejuvenation, and shallow landslides in the North Tanganyika-Kivu Rift region, Africa. Earth Surface Dynamics 9, 445-462. doi: https://doi.org/10.5194/esurf-9-445-2021.
  • Dewitte, O., Dille, A., Depicker, A., Kubwimana, D., Maki Mateso, J.-C., Mugaruka Bibyento, T., Uwihirwe, J., Monsieurs, E. (2021). Constraining landslide timing in a data-scarce context: from recent to very old processes in the tropical environment of the North Tanganyika-Kivu Rift region. Landslides 18, 161-177. doi: https://doi.org/10.1007/s10346-020-01452-0.
  • Mboga, N., Grippa, T., Georganos, S., Vanhuysse, S., Smets, B., Dewitte, O., Wolff, E., Lennert, M. (2020). Fully convolutional networks for land cover classification from historical panchromatic aerial photographs. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 167, 385-395. doi: https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2020.07.005.
  • Monsieurs, E., Dewitte, O., Depicker, A., Demoulin, A. (2019). Towards a transferable antecedent rainfall – susceptibility threshold approach for landsliding. Water 11, 2202. doi: https://doi.org/10.3390/w11112202.
  • Depicker, A., Jacobs, L., Delvaux, D., Havenith, H.-B., Maki Mateso, J.-C., Govers, G., Dewitte, O. (2020). The added value of a regional landslide susceptibility assessment: the western branch of the East African Rift. Geomorphology 353, 106886. doi: https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2019.106886.
  • Mboga, N., Georganos, S., Grippa, T., Lennert, M., Vanhuysse, S., Wolff, E. Fully Convolutional Networks and Geographic Object-Based Image Analysis for the Classification of VHR Imagery. Remote Sens. 2019, 11, 597. doi: https://doi.org/10.3390/rs11050597.
  • Dille, A., Kervyn, F., Bibentyo, T.M., Delvaux, D., Ganza, G.B., Mawe, G.I., Buzera, C.K., Nakito, E.S., Moeyersons, J., Monsieurs, E., Nzolang, C., Smets, B., Kervyn, M., Dewitte, O., 2019. Causes and triggers of deep-seated hillslope instability in the tropics–Insights from a 60-year record of Ikoma landslide (DR Congo). Geomorphology 345, 106835. doi: https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2019.106835.
  • Smets B., Michellier C., Syavulisembo A.M., Muganga G., d'Oreye N., Kervyn F. (2018) - Very high-resolution imaging of the city of Goma (North Kivu, D.R. Congo) using SfM-MVS photogrammetry. 2018 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS).
  • Mboga, N., Georganos, S., Grippa, T., Lennert, M., Vanhuysse, S., Wolff, E. (2018) - Fully convolutional networks for the classification of aerial VHR imagery. GEOBIA 2018- Geobia in a Changing World, 2018, pp. 1–12.

 

Pour plus d'informations, visitez le site internet du projet PAStECA.

Description du projet également disponible sur le site internet de l'AfricaMuseum.