# Harmonisation de cartes pédologiques en région Rhône-Alpes

Aurélie Wahl

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Aurélie Wahl. Harmonisation de cartes pédologiques en région Rhône-Alpes. 2017, 21 p. hal-01607680

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<figure><img src="image_1.png" /></figure>
<figure><img src="image_2.png" /></figure>

Terre, Écosystèmes et Sociétés

Observatoire
des Sciences de l'Univers
de Rennes

UNIVERSITÉ DE
RENNES 1

# Harmonisation de cartes pédologiques en région Rhône-Alpes

## Étude sur les Référentiels Régionaux Pédologiques au 1/250 000

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

Mémoire de Master 1 mention H3 – Mai à juillet 2017

Aurélie Wahl

**Tuteur universitaire:**
Christian Le Carlier de Veslud

**Tuteurs professionnels :**
Charlène Perrier
Bertrand Laroche
Remerciements

Je tiens en premier lieu à remercier Bertrand qui m'a permis de réaliser ce stage, m'a aidée tout au long de ce mois, s'est montré toujours présent pour répondre à mes questions. Et surtout, le remercier d'être aussi accessible et convivial avec ses employés.

Un très grand merci à Charlène qui m'a chaperonnée tout le long de mon stage, s'est montrée très pédagogue et présente ; elle a su me transmettre son intérêt pour ce travail et m'encourager. Et merci pour son rire si communicatif.. !

Merci à eux de s'être autant investis dans ce stage et ce rapport.

Je tiens également à remercier Christian Le Carlier de Veslud et Virginie Vergnaud pour leurs conseils et leur disponibilité.

Merci à Marion Bardy, Directrice de l'unité, et l'ensemble du personnel de la carto qui m'ont si bien accueillie au sein de l'INRA, ainsi que pour leur gentillesse, leur bonne humeur et leur convivialité.

Et enfin un très grand merci à toute la fine équipe pour ces parties de baby endiablées, les grands moments de rigolades, et à ma co-bureau qui rythme avec bonne humeur nos journées et n'a cessé de m'aider !
Table des matières

<table><tr><td>Lexique</td><td></td></tr><tr><td>I. Présentation de la structure d'accueil</td><td>1</td></tr><tr><td>II. Introduction</td><td>2</td></tr><tr><td>III. Matériels et méthodes</td><td>3</td></tr><tr><td>III.1. Contexte</td><td>3</td></tr><tr><td>III.2. Cartographie Numérique des Sols – outil d'aide à l'harmonisation</td><td>6</td></tr><tr><td>III.2.a) Préparation des données</td><td>7</td></tr><tr><td>III.2.b) Prédictions à partir de variables environnementales</td><td>8</td></tr><tr><td>III.3. Propositions d'harmonisation</td><td>9</td></tr><tr><td>III.4. Harmonisation : modifications graphiques et sémantiques</td><td>10</td></tr><tr><td>IV. Résultats - interprétations</td><td>11</td></tr><tr><td>V. Discussion</td><td>17</td></tr><tr><td>VI. Conclusion et perspectives</td><td>19</td></tr><tr><td>VII. Bibliographie</td><td>20</td></tr><tr><td>Annexes</td><td></td></tr></table>
## Lexique

**INRA:** Institut National de la Recherche Agronomique

**BDGSF:** Base de Données Géographique des Sols de France (1/1 000 000)

**GIS Sol:** Groupement d'Intérêt Scientifique Sol

**IGCS:** Inventaire, Gestion et Conservation des Sols

**RRP:** Référentiel Régional Pédologique (1/250 000)

**DoneSol:** Base de données nationale sur les Sols

**RMT:** Réseau Mixte Technologique

**UCS:** Unité Cartographique de Sol

**UTS:** Unité Typologique de Sol

**CNS:** Cartographie Numérique des Sols

**Référsols:** Outil de recherche d'études pédologiques au sein de la base de données DoneSol

**CDA:** Chambre Départementale d'Agriculture

**CRA:** Chambre Régionale d'Agriculture

**RStudio®:** Interface graphique, utilisant le langage de programmation R pour le traitement et l'analyse statistiques de jeux de données

**ArcGIS®:** Suite de logiciels de Système d'Information Géographique (SIG)

**PgAdmin®:** Outil de gestion des bases de données PostgreSQL

**SQL:** Langage informatique (Structured Query Language)

**ModelBuilder:** Langage de programmation visuel permettant d'élaborer des workflows de géotraitement permettant l'automatisation des traitements d'analyse spatiale et la gestion des données sous ArcGIS®
# I. Présentation de la structure d'accueil

L'INRA, Institut National de la Recherche Agronomique, est un établissement public à caractère scientifique et technologique (EPST) sous la double tutelle du ministère de l'agriculture, de l'agroalimentaire et de la forêt et du ministère de l'enseignement supérieur et de la recherche. Il est le premier institut de recherche agronomique en Europe et le deuxième institut mondial pour les publications en sciences agronomiques (Inra, 2017). Fort de 12 000 employés, dont 1800 chercheurs, l'INRA constitue un important organisme de recherches dans les domaines de l'alimentation, de l'agriculture et de l'environnement.

L'INRA compte 17 centres de recherche, notamment le centre Val de Loire qui comprend trois sites (Bourges, Tours et Orléans) dont les axes de recherches sont (Inra, 2015):

1. Biologie animale intégrative, santés animale et publique et gestion durable des productions animales

2. Biologie intégrative des arbres et organismes associés, gestion durable des écosystèmes forestiers

3. Dynamique des sols et gestion de l'environnement

Mon stage s'est inscrit dans ce dernier axe au sein de l'unité INFOSOL qui est responsable de la mise en œuvre des programmes du Groupement d'Intérêt Scientifique Sol (Arrouays et al, 2004). Les objectifs de cette unité sont de cartographier et constituer des bases de données, sur les sols de France et l'évolution de leur qualité (Inra Val de Loire, 2017).

Mon stage au sein de cette unité m'a permis de découvrir un milieu propice au travail et à la convivialité. Les échanges avec l'ensemble du personnel sont aisés, aussi bien avec les contractuels qu'avec les directeurs d'unités. Ma participation à un séminaire du RMT Sols et Territoires m'a aussi permis de rencontrer des personnes aux parcours très différents ainsi qu'un des auteurs des cartes sur lesquelles je travaille.

Ce stage m'a permis d'acquérir des compétences techniques en Cartographie Numérique sur ArcGIS®, et d'approcher des outils de géostatistiques avec RStudio® et de langage SQL avec PgAdmin®. Mais avant tout cela m'a appris le travail en autonomie, la prise de décision et l'argumentation, le travail d'équipe, et le respect d'un planning.
## II. Introduction

Pour répondre aux grands enjeux mondiaux (alimentation mondiale, changement climatique, gestion de l'eau), la connaissance et la protection des sols constituent deux éléments primordiaux (Lagacherie et al., 2013). Il est nécessaire d'inventorier les types de sols et leurs propriétés. Actuellement, en France, seule une carte des sols au 1/1 000 000 couvre l'ensemble du territoire, la Base de Données Géographique des Sols de France BDGSF (Jamagne et al., 1995). Cette échelle n'est pas suffisamment adaptée pour répondre aux besoins des collectivités, des agriculteurs pour l'agriculture de précision, ou encore des études interrégionales. En 2001, un Groupement d'Intérêt Scientifique sur le Sol (GIS Sol) est constitué dont les missions sont la création et la gestion d'un Système d'Information sur les sols (GIS sol, 2017). Le programme "Inventaire, Gestion et Conservation des Sols" (IGCS) est alors lancé, avec pour objectifs d'identifier et de localiser les différents types de sols pour mieux les gérer.

Ce programme est multi-échelle, mais ce travail s'est concentré sur le volet «Référentiel Régional Pédologique » (RRP) qui est une cartographie nationale des sols au 1/250 000 (Laroche et al., 2014). Un RRP fait appel à des données graphiques, permettant de localiser les objets cartographiés, et sémantiques, pour en décrire leurs caractéristiques à l'aide de multiples variables pédologiques. Ainsi, un RPP est constitué d'une couche graphique et de données sémantiques au format national DoneSol (Inra, 2013). Le programme RRP est actuellement la priorité en termes de financement des actions IGCS (Arrouays et al, 2004). Des efforts de standardisation des méthodes d'acquisition des données pédologiques ont été mis en place ces dernières années : un dictionnaire DoneSol (Inra, 2013), une norme NF X31-560 (AFNOR, 2007) et un Cahier des Clauses Techniques Générales CCTG (Inra, 2014). Malgré ces protocoles contraints, des hétérogénéités subsistent entre les RRP (Drufin et al, en cours). Un travail d'harmonisation est alors nécessaire, afin d'obtenir une cohérence nationale des RRP, indépendante des limites administratives (Perrier et al, 2016), dans l'objectif de construire une carte nationale des sols au 1/250 000; ce travail est un des chantiers menés par le Réseau Mixte Technologique (R.M.T) Sols et Territoires.

Ce stage s'inscrit dans la poursuite du travail mené par l'unité Infosol sur l'harmonisation des RRP. L'objectif est ici d'obtenir une carte des sols harmonisée de la région Rhône-Alpes au 1/250 000. Ce rapport s'articule ainsi en trois grandes parties dans lesquelles est, dans un premier temps, présentée la méthodologie suivie, puis les résultats obtenus. Enfin, tout deux sont discutés.
# III. Matériels et méthodes

## III.1. Contexte

Dans un RRP, les sols sont représentés sous la forme d'Unités Cartographiques de Sol (UCS) qui constituent des associations de sols (Arrouays et al, 2004) dont l'organisation spatiale et les facteurs de pédogenèse (géologie, topographie, végétation ...) sont homogènes : ces portions de la couverture pédologique se nomment aussi «pédopaysages» (Inra, 2013). Les UCS sont ainsi des représentations cartographiques de la répartition spatiale des sols (Laroche et al, 2014). Les auteurs des RRP affectent de façon arbitraire un numéro allant de 1 à n aux UCS; ce numéro fait le lien entre la partie géographique et la partie sémantique. Deux UCS identiques dans deux RRP différents ne présentent donc pas le même numéro. En revanche, les UCS particulières dites "non sol" (zone urbaine, plans d'eau, ..) sont soumises à une procédure de numérotation commune (tableau 1) décrite dans le dictionnaire de données DoneSol (Inra, 2013).

<table><caption>Tableau 1 : Numérotation des UCS « non sol »</caption><thead><tr><td>Type</td><td>N° UCS</td><td>Type</td><td>N° UCS</td></tr></thead><tbody><tr><td>Mer, Océan</td><td>-1</td><td>Zones urbanisées</td><td>-6</td></tr><tr><td>Glaciers</td><td>-2</td><td>Zones remaniées par l'Homme</td><td>-7</td></tr><tr><td>Plans d'eau (lac, étang)</td><td>-3</td><td>Roche nue</td><td>-8</td></tr><tr><td>Cours d'eau</td><td>-4</td><td>Parc à huîtres</td><td>-9</td></tr></tbody></table>

Chaque UCS est composée d'une ou plusieurs Unités Typologiques de Sol, UTS, (figure 1.A) qui

correspondent à des types de sols, non spatialisés, dont la représentativité (ou pourcentage) au sein de l'UCS est connue (figure 1.B). Ces entités sont constituées d'un ensemble de données sémantiques (profils de sol, analyses ...).

A Sur le terrain

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

B Sur la carte

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 1: Lien UCS - UTS et différentes représentations. (D'après A.Richer de Forges, 2017)</figcaption></figure>
Le programme de cartographie des sols au 1/250 000 a été construit département par
département et s'appuie sur un réseau de partenaires (chambres d'agricultures, bureaux d'études ...);
Les RRP ont ainsi été réalisés par différents auteurs sur plus de 25 ans. Aux limites administratives
des départements, soit à la limite entre deux RRP contigus, des discontinuités graphiques et
sémantiques peuvent alors apparaître (figure 2).

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 2: Exemples de discontinuités possibles aux limites (en rouge) de deux RRP. Cas 1: L'UCS 3 en Isère n'a pas de continuités en Savoie - Cas 2 : la limite administrative correspond à une vallée d'un fleuve (réseau hydrographique en bleu). La vallée est représentée par l'UCS -4 en Loire et -3 en Isère. (Sources: CRA Rhône-Alpes et CDA Isère)</figcaption></figure>

Dans le but de produire à terme une carte des sols de France au 1/250 000, il est nécessaire
de corriger ces irrégularités en harmonisant les UCS de part et d'autre des limites des départements.
Pour cela, deux approches conjointes sont utilisées :

* une approche graphique, qui fait appel aux contours des UCS

* et une approche pédologique faisant appel aux données sémantiques (UCS et UTS).

Leur combinaison permet d'obtenir des propositions d'harmonisation.
Le travail qui a été réalisé pendant ce stage suit la méthodologie d'harmonisation mise en place
*(figure 3) :*

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 3 : Schéma récapitulatif de la méthodologie d'harmonisation</figcaption></figure>
### III.2. Cartographie Numérique des Sols – outil d’aide à l’harmonisation

Le principe général de la CNS est régi par une formule de A.B McBratney (McBratney et al., 2003) qui est aujourd'hui reconnue comme un des fondements de la cartographie numérique, aussi nommée modèle “SCORPAN” (figure 4).

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 4: Principe général de la Cartographie Numérique des Sols (Lagacherie et al., 2013)</figcaption></figure>

Les classes de sols ou leurs propriétés sont prédites à l'aide d'une fonction de prédiction en utilisant les données pédologiques disponibles (S, figure 4), les données spatiales des éléments à l'origine des variations du sol, aussi appelées "covariables du sol" et une dimension spatiale supplémentaire (A et N, figure 4) (Lagacherie et al., 2013). A cela est ajouté une notion d'incertitude concernant la fiabilité de la prédiction.

Cette méthode permet d'obtenir *in fine* des cartes de prédictions de sols qui constituent par la suite un outil d'aide à l'harmonisation. Elle se déroule en deux temps: une première étape de préparation des données est nécessaire, puis les prédictions sont effectuées à partir des variables environnementales. L'ensemble des données utilisées est exprimé dans le même système de coordonnées, Lambert 93.
### III.2.a) Préparation des données

La mission d'harmonisation se concentre sur les limites administratives; bien qu'une harmonisation complète de l'ensemble des RRP serait nécessaire, le manque de temps et de moyens imposent une restriction des corrections au niveau des limites. Ainsi cette préparation des données a pour objectif de sélectionner les UCS aux limites utilisées pour la prédiction.

Les champs contenus dans les tables attributaires des couches graphiques des RRP ne suffisent pas pour la suite de la méthodologie. Ils sont complétés par des données sémantiques supplémentaires extraites de la base de données DoneSol à l'aide d'une requête SQL exécutée sur le logiciel PgAdmin® (annexe 1). Ces données sont ensuite ajoutées aux couches graphiques. Ces modifications sont enregistrées sur des copies, sur lesquelles le reste du travail est effectué, grâce à un export de données pour ne pas impacter les RRP originaux. En aucun cas ceux-ci ne doivent être modifiés. Ensuite, les UCS aux limites sont sélectionnées sur le logiciel ArcGis®. L'ensemble des UCS d'un côté d'une limite constitue une "demi-cible". Il existe deux possibilités de sélection des demi-cibles:

* par petites régions naturelles (PRN, ensemble paysager homogène. Ex : la Cornouaille) homogène de chaque côté de la limite.

* de façon arbitraire si celles-ci ne sont pas renseignées (dans les tables attributaires des RRP) et que la quantité de données est trop importante pour être traitée une unique fois.

Une fois ces demi-cibles créées de part et d'autre de la limite, elles sont converties au format raster avec une résolution de 90m, résolution identique à celle des covariables utilisées dans le modèle de prédiction, elles aussi exprimées dans le système de projection Lambert 93. Ces covariables sont alors découpées selon l'emprise prédéfinie (figure 5) au niveau de la limite à harmoniser grâce à un ModelBuilder (annexe 2).

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figure 5: emprise (polygone bleu) autour des demi-cibles des départements A et B pour le découpage des covariables.</figcaption></figure>

(Source : CRA Rhône Alpes)
### III.2.b) Prédictions à partir de variables environnementales

Ce travail de préduction s'effectue sous RStudio® en deux temps.

Un premier script permet de préparer les covariables obtenues auparavant afin de n'avoir que les covariables associées aux demi-cibles définies. Comme vu précédemment, ces covariables, 29 au total, représentent les facteurs intervenant dans la genèse des sols (ou pédogenèse) tels que la géologie, l'occupation du sol avec Corine Land Cover, ou bien la topographie (et dérivés) vue sous l'angle du MNT. Un deuxième script permet de lancer le modèle de préduction utilisant la fonction GBM, "Gradient Boosting Machine" (Friedman, 2002). Le principe de ce modèle est résumé dans la figure 6. La préduction des classes de sols se fait à partir d'une demi-cible, que l'on nomme "zone d'apprentissage"(figure 6.3 : A dans le sens A vers B), vers l'autre demi-cible, la "zone cible"(figure 6.3 : B dans le sens A vers B). Dans la zone d'apprentissage (1), le modèle enregistre pour chaque type de sol sa combinaison de données associées aux covariables. Puis dans la zone cible (2), d'après la combinaison de covariables qu'il repère, prédit le type de sol correspondant, pixel par pixel. La préduction est réalisée dans un sens, de la demi-cible B vers la A, puis dans l'autre (3).

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figure 6: Principe général du modèle de préduction. 1: Zone d'apprentissage, 2: Zone cible, 3: Sens des prédictions et résultats visuels. (Modifié d'après G.Fourvel, 2014 & C.Perrier, 2016)</figcaption></figure>
Ainsi sont obtenues des cartes de prédictions de sols qui prennent en compte 29 facteurs d'évolution des sols. À ces cartes de prédictions sont associées des matrices de confusion (*annexe 3*), qui permettent de connaître le nombre de pixels considérés comme identiques selon le modèle. Ces matrices, donnent également la probabilité d'appartenance du pixel à un type de sol.

### III.3. Propositions d'harmonisation

En complément des résultats de ce premier outil (cartes de prédictions), les propositions d'harmonisation peuvent aussi être construites à partir d'autres données mises à disposition :

* des études pédologiques accessibles sur Refersols (cf lexique)

* des cartes à la résolution plus fine au 1/100 000 dont l'emprise est parfois « à cheval » sur 2 ou 3 départements. Elles constituent alors des références exploitables.

* une synthèse régionale dans le cadre de la région Rhône-Alpes : il s'agit d'une première harmonisation effectuée en 2005 de manière experte ne prenant pas en compte l'actualisation des données (modifications RRP, limites ...); cette synthèse constitue donc une information supplémentaire pour la décision.

* tous les fonds de cartes accessibles sur ArcGIS® (Corine Land Cover, MNT, cartes géologiques ...)

* les données sémantiques accessibles sur la base de données DoneSol

Grâce à cet ensemble d'informations, les contours des UCS sont redessinés à la main sur papier pour supprimer, UCS par UCS, la limite administrative. Ce travail est plus ou moins aisé suivant le degré de précision des deux RRP, à savoir si celui-ci est similaire, et suivant la limite elle-même. Les limites administratives ont souvent une origine géographique, comme une vallée ou une ligne de crête; dans le cas d'une vallée, l'harmonisation peut se révéler élémentaire. Parallèlement, un tableau de correspondances est réalisé qui reprend les numéros de chaque UCS fusionnée, précisant à chaque ligne, laquelle est dominante et conservera ses données sémantiques (point également validé avec les auteurs). Ce tableau permet un suivi des modifications durant la phase de propositions. En effet, en général, on privilégie la fusion de deux UCS avec l'attribution des données sémantiques de l'une au nouveau polygone formé. Mais il arrive que les deux UCS possèdent des UTS particulières propres à chacune et que la fusion des deux implique la création d'une nouvelle UCS où les données sémantiques sont la combinaison des UTS de chacune. Mais ce cas de figure est évité autant que faire se peut, car il résulte la formation d'UCS uniquement présentes aux limites. Une fois les propositions terminées, elles sont soumises aux auteurs des RRP. Ils sont seuls maîtres de décision de modifications et interviennent systématiquement en cas de problèmes sur ce travail.
### III.4. Harmonisation : modifications graphiques et sémantiques

Cette dernière partie de la méthodologie n'a pas été réalisé au cours de ce stage par manque de temps. Afin de détailler la méthodologie complète d'harmonisation, elle est tout de même présentée. L'objectif de cette harmonisation finale est de modifier graphiquement et sémantiquement les limites des RRP suivant les propositions d'harmonisation réalisées et validées par les auteurs, dans le but de construire une carte des sols pour la région au 1/250 000 avec une base de données associée au format DoneSol.

En ce qui concerne l'harmonisation graphique, les modifications sont apportées sur les contours des polygones des UCS, suite aux propositions validées par les auteurs des RRP originaux.

Concernant la base de données France entière harmonisée, le principe est d'intégrer les données sémantiques des RRP d'origine qui ont été mises à jour suite à l'harmonisation graphique sur certaines UCS. En harmonisant deux UCS de deux RRP au niveau d'une limite, les superficies de chacune d'entre elles se voient modifiées par rapport à la superficie d'origine; Un premier travail est donc réalisé sous ArcGIS® afin de connaître les UCS qui ont été impactées par l'harmonisation. Suite à cela, d'après les tableaux de correspondances réalisés précédemment, les données sémantiques des UCS originales sont assignées aux nouveaux polygones. Il faut alors donner un nom d'UCS harmonisé à ces nouveaux polygones à partir des noms d'UCS des UCS primaires. Ces tableaux sont donc très importants pour le suivi des modifications mais aussi pour faire le lien entre les données d'origines et la nouvelle étude harmonisée.
# IV. Résultats - interprétations

Trois cas rencontrés ont été sélectionné afin de présenter les résultats de la mission d'harmonisation.

## 1. La limite administrative est une limite naturelle

Pour la limite Loire – Isère, le découpage administratif a été réalisé suivant le fleuve (figure 7.A). En vallée de la Loire, l'UCS à la limite est -4 tandis qu'en Isère il s'agit de l'UCS -3. Comme expliqué dans le tableau 1 (cf. partie III.1), -4 correspond au numéro d'une UCS de type cours d'eau et -3 à celui d'une UCS de type plan d'eau. Or, il s'agit bien d'une vallée dans ce cas, marquée par le réseau hydrographique en bleu (figure 7.A). Il s'agit ici d'un cas simple, qui ne nécessite pas le recours aux prédictions. Les deux UCS peuvent ainsi être fusionnées suivant les propositions en 7.B ; le nouveau polygone porte alors les données sémantiques de l'UCS -4 en Loire. Si le processus d'harmonisation avait pu être terminé, le résultat obtenu serait celui présenté en figure 7.C: un seul polygone et plus aucune limite administrative.

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 7 : Étape d'harmonisation pour le cas de la limite Loire - Isère. A : situation initiale, discontinuité de part et d'autre de la limite. B : Propositions d'harmonisation. C : Rendu final harmonisé. (Sources : CRA Rhône-Alpes et CDA Isère)</figcaption></figure>

Ces informations sont répertoriées dans un tableau de correspondances comme indiqué dans le tableau 2.

<table><caption>Tableau 2 : tableau de correspondances limite Loire – Isère. UCS dominante en couleur</caption><thead><tr><td>n°UCS Loire</td><td>n°UCS Isère</td><td>Nom UCS harmonisé</td></tr></thead><tbody><tr><td>-4</td><td>-3</td><td>Cours d'eau</td></tr></tbody></table>
## 2. Lorsqu'il y a des différences sur la couche graphique

Le travail d'harmonisation sur la limite Drôme – Isère, a permis d'identifier des anomalies sur les données d'origine et ainsi améliorer leur qualité. En effet, plusieurs polygones contigus portent le même numéro d'UCS 64 en Isère (figure 8, polygones roses). Malgré une vérification et une validation des RRP avant qu'ils ne soient accessibles pour ce travail, des vérifications complémentaires doivent être faites en amont sur les RRP d'origine. Le travail d'harmonisation est alors plus complexe, s'appuyant sur toutes les données à disposition ainsi que sur l'expertise des auteurs. Dans la partie nord, la carte géologique au 1/50 000 accessible sur le site du BRGM permet de trouver des solutions. Divers matériaux parentaux sont présents pour une même UCS 64, matériaux qui se retrouvent dans l'UCS 42 en Drôme (figure 8.A). Ces continuités géologiques et graphiques permettent de retracer les contours des polygones comme indiqué sur la figure 8. A avec fusion de l'UCS 42 (Drome) et une UCS 64 (Isère), ainsi que la fusion de l'UCS 11 (Drôme) avec une UCS 64 (Isère).

En ce qui concerne la partie sud, une carte pédologique au 1/100 000 existe dans cette zone, la carte de Die. D'après celle-ci (figure 8.B), le redécoupage peut être effectué sans difficultés en s'appuyant sur ses contours. L'UCS 2 (Drôme) et l'UCS 64 (Isère) sont continues sur la carte au 1/100 000. Mais il y a aussi une continuité entre l'UCS 3 (Drôme) et la partie sud est de l'UCS 64 (Isère). En effet, le sud de l'UCS 64 est divisé en deux entités bien distinctes sur le 1/100 000. Ainsi sont proposées une fusion de l'UCS 2 avec l'UCS 64, la création d'une nouvelle limite (pointillés oranges, figure 8) qui scinde l'UCS 64 de la même façon que la limite sur la carte au 1/100 000, avec fusion de l'UCS 3 et la partie Est de l'UCS 64.

Ce choix de redécoupage est confirmé dans les deux cas par la prédiction des UCS de la Drôme vers l'Isère. En effet, la figure 9.A montre que l'ensemble du polygone 64 en vert est similaire à l'UCS 42. Cela permet d'autant plus de mettre en avant la précision des prédictions et leur fiabilité car les pixels prédits épousent correctement les contours des UCS de l'Isère. De la même façon, ces mêmes prédictions présentent la même délimitation dans l'UCS 64 (figure 9.B) qui correspond à la fois à l'UCS 2 et à l'UCS 3 en Drôme. Ainsi, la carte géologique, la carte au 1/100 000 et la carte de prédictions ont permis de retracer les contours et corriger les erreurs de la couche graphique.
<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure 8 : Propositions d'harmonisation de la limite Drôme-Isère. A : Grâce à la carte géologique au 1/50 000. B : Grâce à la carte des sols de Die au 1/100 000. (Sources : BRGM, INRA)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 9 : Cartes de prédicitions dans le sens Drôme vers Isère. A correspond à la zone A de la figure 8, B correspond à la zone B de la figure 8.</figcaption></figure>
### 3. Différences de précision entre deux RRP

Dans le cadre de l'harmonisation de la limite Isère – Savoie, une différence de précision entre les deux RRP a été mise en évidence (figure 10). En effet, dans la zone délimitée par les pointillés bleus, peuvent se dénombrer au niveau de la limite trois UCS en Isère contre huit en Savoie. Au vue de la carte géologique (figure 11), il semble que le RRP de Savoie ait été construit suivant cette carte. Le détail de la carte est trop important pour l'échelle d'étude ; il y a donc ici, en complément du travail d'harmonisation, un travail d'agrégation de polygones afin de simplifier.

D'après la carte géologique au 1/50 000 (figure 11), les UCS 241, 523, 232 et 524 en Savoie peuvent être rassemblées en un seul polygone, dont la continuité en Isère correspond à l'UCS 36.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure 10: UCS à la limite Isère – Savoie.
(Sources : CRA Rhône-Alpes et CDA de l'Isère)</figcaption></figure>

Cela est confirmé par la carte de prédictions (figure 12) qui prédit le même type de sol sur l'ensemble des polygones que celui de l'UCS 36. Les UCS 3 et 23 (Isère) donnent toutes deux sur la même UCS 196 (figure 10). Encore une fois, la géologie, confirmée par les prédictions, montre une séparation de l'UCS 196 en deux matériaux différents. Enfin, il semblerait que l'UCS 4 (Isère) soit aussi similaire à l'UCS 196 (Savoie) au vue des contours, de la carte géologique et des prédictions.

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 11: Carte géologique (1/50 000) au niveau de la limite Isère – Savoie.
(Source : BRGM)</figcaption></figure>
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Figure 12: Carte de prédictions de l'Isère vers la Savoie</figcaption></figure>

Il semblerait qu'il y ait eu ici une erreur dans l'assignation des numéros d'UCS. Enfin, l'UCS 23 possède des UTS en commun avec l'UCS 196.

<table><caption>Tableau 4: Données sémantiques des UCS 196 (Savoie) et 3, 4 et 23 (Isère)</caption><thead><tr><th></th><th>N°UCS</th><th>UTS</th><th>Abondance (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="4">Savoie</td><td rowspan="4">196</td><td>CALCISOL</td><td>30</td></tr><tr><td>CALCOSOL</td><td>30</td></tr><tr><td>RENDOSOL</td><td>20</td></tr><tr><td>RENDISOL</td><td>20</td></tr><tr><td rowspan="6">Isère</td><td>3</td><td>FLUVIOSOL</td><td>100</td></tr><tr><td>4</td><td>FLUVIOSOL REDOXIQUE</td><td>100</td></tr><tr><td rowspan="4">23</td><td>CALCOSOL</td><td>50</td></tr><tr><td>CALCISOL REDOXIQUE</td><td>15</td></tr><tr><td>BRUNISOL</td><td>10</td></tr><tr><td>COLLUVIOSOL</td><td>20</td></tr><tr><td></td><td>RENDOSOL</td><td>5</td></tr></tbody></table>

Afin de confirmer ces suppositions, les données sémantiques interviennent dans la réflexion grâce à la description des UTS au sein de chaque UCS. Les UCS 241 et 524 possèdent 4 UTS sur 5 en commun avec l'UCS 36 (tableau 3). L'UTS 232 en possède 3 sur 4 en commun. L'UTS 523 quant à elle n'en partage qu'une seule. Ainsi, ces 5 UCS présentent une composition sémantique similaire à celle de l'UCS 36. Les UCS 3 et 4 ne sont pas comparables à l'UCS 196 (tableau 4). En revanche elles sont communes avec la 194 qui est composée uniquement de fluviosols.

<table><caption>Tableau 3: Données sémantiques des UCS 36 (Isère) et 523, 524, 241 et 232 (Savoie)</caption><thead><tr><th></th><th>N°UCS</th><th>UTS</th><th>Abondance (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="5">Savoie</td><td rowspan="5">36</td><td>RENDISOL</td><td>30</td></tr><tr><td>LITHOSOL</td><td>30</td></tr><tr><td>CALCISOL</td><td>50</td></tr><tr><td>CALCOSOL</td><td>5</td></tr><tr><td>BRUNISOL</td><td>5</td></tr><tr><td rowspan="3">523</td><td rowspan="3">524</td><td>ORGANOSOL</td><td>40</td></tr><tr><td>RENDOSOL</td><td>30</td></tr><tr><td>LITHOSOL</td><td>30</td></tr><tr><td rowspan="6">Isère</td><td rowspan="6">241</td><td>CALCISOL</td><td>40</td></tr><tr><td>RENDISOL</td><td>20</td></tr><tr><td>LITHOSOL</td><td>20</td></tr><tr><td>CALCOSOL</td><td>15</td></tr><tr><td>CALCOSOL</td><td>5</td></tr><tr><td>RENDOSOL</td><td>20</td></tr><tr><td rowspan="5">232</td><td rowspan="5">232</td><td>CALCISOL</td><td>20</td></tr><tr><td>BRUNISOL</td><td>20</td></tr><tr><td>CALCOSOL</td><td>20</td></tr><tr><td>RENDISOL</td><td>20</td></tr><tr><td>CALCOSOL</td><td>30</td></tr><tr><td rowspan="4">232</td><td rowspan="4">232</td><td>CALCISOL REDOXIQUE</td><td>30</td></tr><tr><td>RENDISOL</td><td>20</td></tr><tr><td>CALCISOL</td><td>20</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figure 13: Propositions d'harmonisation au niveau de la limite Isère - Savoie</figcaption></figure>

D'après l'ensemble de ces informations, les propositions d'harmonisation présentées en figure 13 ont été réalisées. Ainsi, dans le tableau de correspondances pour cette partie, les UCS 4 et une partie de la 196 prennent les données sémantiques de l'UCS 3, l'autre partie de la 196 prend les données de l'UCS 23 et enfin toutes les données sémantiques des UCS 232, 241, 523 et 524 sont remplacées par celles de l'UCS 36 pour ce cas.

Enfin, la figure 14 présente l'état d'avancement du travail. Cinq limites ont déjà été traitées (propositions d'harmonisation) et une limite est en cours de traitement. Il reste encore sept limites à effectuer et toutes les modifications graphiques et sémantiques. Les travaux présentés devront être complétés et soumis aux auteurs des cartes.

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

Figure 14: État d'avancement de l'harmonisation pour la région Rhône-Alpes après un mois: en orange, les limites harmonisées - en vert, la limite en cours - en noir, les limites restantes.

(Source : IGN)
# V. Discussion

Le travail d'harmonisation des RRP suit une méthodologie bien définie qui est appliquée pour chaque limite mais ne constitue pas pour autant un simple travail d'exécution. Chaque cas est différent et présente ses propres contraintes qui nécessitent un travail d'expertise. Cette expertise est le point le plus important de la méthodologie. Plusieurs outils et données sont mis à disposition afin d'aider dans la prise de décision. La Cartographie Numérique des Sols (CNS) présente une grande fiabilité comme l'ont montrés les résultats. En effet, les pixels de prédictions suivent parfaitement les contours des UCS et les prédictions ont pu être vérifié grâce à la comparaison à la carte au 1/100 000 dans le deuxième cas et à la géologie dans le troisième. La CNS est donc un outil puissant pour appuyer les décisions d'harmonisation.

Concernant la méthodologie, elle est assez conséquente mais facilement réutilisable pour l'ensemble du territoire. Des logiciels tels que RStudio® et PgAdmin® sont utilisés, mais il n'est pas nécessaire de les maîtriser pour obtenir les résultats escomptés. Cependant, cette méthode pourrait être améliorée grâce à une automatisation de la partie technique concernant l'obtention des cartes de prédicitions. Cette partie est dense et nécessite un certain temps de traitement. Le temps libéré permettrait d'augmenter le temps destiné à l'expertise et l'efficacité de la méthode. De plus, les scripts, très lourds, ne sont pas adaptés à tout type d'ordinateur. Un ordinateur relativement puissant est nécessaire afin d'avoir un temps de traitement relativement cours (quelques heures).

Ce travail a par ailleurs montré des limites. L'harmonisation est effectuée sur des RRP construis par des partenaires, des chambres d'agriculture pour cette étude, sur des périodes relativement longues ; des écarts de précision peuvent alors être constatés entre deux RRP, et ce malgré la politique de standardisation, qui impose la réalisation d'un RRP à partir des RRP contigus déjà créés, et les documents de normalisation. Ainsi, la carte nationale sera harmonisée au niveau des limites administratives grâce au travail d'agrégation de polygones, mais les différences de précision perdureront au sein des RRP. Il faudrait prévoir de reprendre chaque RRP afin de les simplifier ou les redécouper.

De plus, ce travail d'harmonisation en région Rhône-Alpes a permis de découvrir des anomalies dans deux RRP d'origine (l'Ardèche et l'Isère). L'harmonisation est alors plus complexe, comme cela a été montré dans le deuxième cas, nécessitant plus de recherches et de démarches, parfois même des échanges directement avec les auteurs. Les problèmes mis en avant sont alors transmis pour qu'ils soient intégrés dans les bases en production par les partenaires.
Une autre limite à mettre en avant concerne la soumission des propositions d'harmonisation aux auteurs des RRP. Il arrive que les auteurs n'exercent plus, que les travaux de réalisation des RRP aient été réalisés par des personnes externes, des stagiaires, et qu'on ne puisse pas toujours solliciter le ou les auteurs. Ce travail d'harmonisation permet alors de garantir une certaine objectivité en l'absence d'un ou plusieurs auteurs.

Enfin, cela met en avant la limite la plus importante ; l'harmonisation n'est réalisée qu'aux limites administratives. Or, tous les points discutés vont se répercuter dans la carte nationale. Il y aura une carte France entière qui présentera des régions plus ou moins denses en nombre de polygons. A terme, il faudrait des moyens humains et financiers supplémentaires pour harmoniser l'ensemble des RRP.
# VI. Conclusion et perspectives

L'harmonisation constitue une importante mission, au coeur du volet RRP du programme « Inventaire, Gestion et Conservation des Sols », pour la réalisation d'une carte des sols nationale à l'échelle du 1/250 000. Cette mission suit une méthodologie récente qui s'articule en quatre axes. Dans un premier temps, des cartes de prédictions sont réalisées grâce aux outils de Cartographie Numérique des Sols, ArcGIS® et RStudio®. Ces cartes constituent des outils puissants lors de la phase d'expertise consistant à proposer des nouveaux contours aux UCS afin de supprimer les limites administratives. L'ensemble de ces informations sont ensuite soumises aux auteurs des RRP, seuls maîtres des décisions, puis modifiées, à la fois graphiquement et sémantiquement suivant les propositions validées par les auteurs. Ce travail permet d'avancer la mission d'harmonisation au niveau de la région Rhône-Alpes et a permis, dans ce cas, de détecter des anomalies dans les couches graphiques d'origine.

Cette méthodologie est applicable aux autres départements. La mission d'harmonisation est en cours ; des initiatives locales permettent de progresser plus rapidement, notamment en Bretagne, une synthèse régionale a déjà été réalisée en même temps que la construction des RRP. Pour le reste du territoire, l'unité se donne trois ans pour construire un 1/250 000 harmonisé.

Sur une période d'un mois, le travail n'a pu être mené à son terme. Ainsi, pour la suite de ce stage, les perspectives sont nombreuses. L'objectif premier est d'organiser un rendez-vous avec les auteurs des RRP de la région Rhône-Alpes pour l'ensemble des limites déjà traitées (des dates ont d'ors-et-déjà été proposées). Cela permettra d'aller plus loin dans cette mission mais aussi de se faire connaître auprès de pédologues. Après cette rencontre, la dernière étape d'harmonisation pourra être lancée. De nouveaux outils seront appris sur ArcGIS® et de nouveaux logiciels tels que PgAdmin® et Access®, nécessaires pour l'intégration sémantique. Enfin, il restera 7 limites à traiter en un mois et demi.
VII. Bibliographie

AFNOR, 2007 - Norme NF X31-560 : Qualité des sols - Cartographie des sols appliquée à toutes les échelles - Acquisition et gestion informatique de données pédologiques en vue de leur utilisation en cartographie des sols.

Arrouays D., Hardy R., Schnebelen N., Le Bas C., Eimberck M., Roque J., Grolleau E., Pelletier A., Doux J., Lehmann S., Saby N., King D., Jamagne M., Rat D. et Stengel P., 2004 – *Le programme Inventaire Gestion Conservation des Sols de France. Étude et Gestion des Sols*, volume 11, n°3, pp. 187-198.

Drufin S., Laroche B., Fourvel G. – *Towards a methodology for the harmonization of soil maps assisted by digital mapping*. [en rédaction]

Friedman J.H, 1999 - *Stochastic Gradient Boosting*. 10 p.

GIS sol - https://www.gissol.fr/ - consulté le 15/05/2017

INRA, Science et impact - http://institut.inra.fr/ - consulté le 08/06/2017

INRA, Science et impact, 2015 – *Centre de recherche Val de Loire*. 6 p.

INRA, US 1106 Infosol, 2013 – *DoneSol version 3.4, Dictionnaire de Données, version du 1er juillet 2013*. GIS Sol. 466 p.

INRA, unité INFOSOL, 2014 – *Cahier des Clauses Techniques Générales: de la réalisation à la labellisation des bases de données sols au 1/250 000*. 27 p.

INRA Val de Loire - http://www.val-de-loire.inra.fr/ - consulté le 08/06/2017

Jamagne M., Hardy R., King D. et Bornand M., 1995 - *La base de données géographiques des sols de France*. Étude et Gestion des Sols, Volume 2, n°3, pp. 153-172.

Lagacherie P., Arrouays D., et Walter C., 2013 - *Cartographie numérique des sols: principe, mise en oeuvre et potentialités*. Étude et Gestion des Sols, Volume 20, n°1, pp. 83-98.

Laroche B., Richer de Forges A.C., Leménager S., Arrouays D., Schnebelen N., Eimberck M., Toutain B., Lehmann S., Tientcheu E., Héliès F., Chenu J-P., Parot S., Desbourdes S., Girot G., Voltz M., Bardy M., 2014 – *Le programme Inventaire Gestion Conservation des Sols de France : Volet Référentiel Régional Pédologique*. Étude et Gestion des Sols, volume 11, n°3, pp. 125-140.

McBratney A.B., Mendonca Santos M.L., et Minasny B., 2003 - On digital soil mapping. Geoderma, 117, pp. 3-52.

Perrier C., Laroche B., Drufin S. et Fourvel G., 2016 - *L'harmonisation des Référentiels Régionaux Pédologiques (RRP)*. Présentation JES 2016.
# Annexes

```sql
select B.no_etude AS NO ETU ori, -- AS : renomme les champs pour
faciliter la suite sur SIG
```

A.id_ucs AS id_ucs_ori,

A.no_ucs AS NO UCS ori,

A.reg_nat,

A.id_etude,

A.surf_unit AS surf_ori,

C.no Dep

from data.ucs A, data.etude B, data.etude departement C, data.etude D

where A.id_etude=B.id_etude

and C.id_etude = D.id_etude

and D.id_etude = A.id_etude

and B.id_etude = C.id_etude

and D.no_etude = 73250

order by no_ucs

## Annexe 1: Requête SQL extraction des données sous DoneSol

<figure><img src="image_19.png" /></figure>

## Annexe 2: ModelBuilder permettant le découpage des covariables

<table><thead><tr><th rowspan="2"></th><th rowspan="2"></th><th colspan="4">Classes observées - Drome</th></tr><tr><th>76</th><th>79</th><th>701</th><th>761</th></tr></thead><tbody><tr><th rowspan="4">Classes prédites - Ardèche</th><th>1</th><td>3</td><td>35</td><td>0</td><td>513</td></tr><tr><th>4</th><td>1078</td><td>374</td><td>946</td><td>2762</td></tr><tr><th>5</th><td>225</td><td>3</td><td>0</td><td>79</td></tr><tr><th>6</th><td>300</td><td>0</td><td>0</td><td>93</td></tr><tr><th colspan="2">total px</th><td><strong>1606</strong></td><td><strong>412</strong></td><td><strong>946</strong></td><td><strong>3447</strong></td></tr></tbody></table>

## Annexe 3: Exemple de la matrice de confusion pour la prédiction Drôme vers Ardèche. Les « classes observées » sont les UCS à partir desquelles sont prédites les « classes prédites ». Ce tableau renseigne du nombre de pixels que possèdent les UCS en commun. Exemple : dans la première colonne, sur 1606 pixels observés en UCS 76, 1078 d'entre eux ont été prédits en UCS 4.
Résumé

Les Référentiels Régionaux Pédologiques (RRP, cartes des sols au 1/250 000) sont constitués depuis environ 25 ans par le réseau de partenaires du programme «Inventaire Gestion et Conservation des Sols (IGCS)». L'acquisition de cette connaissance des sols est réalisée sur des étendues départementales ou régionales (limites administratives). Chaque carte ayant ses auteurs propres, des différences graphiques et sémantiques peuvent apparaître aux frontières administratives, sans que celles-ci ne reprennent des limites naturelles et ceci malgré un cahier des charges commun. Afin de pallier ces hétérogénéités, une méthode d'harmonisation a été définie. L'objectif de cette méthode est de construire une seule carte des sols au 1/250 000 harmonisée sur la France métropolitaine. Cette méthodologie, qui se limite à l'harmonisation des limites administratives, s'articule en quatre étapes. Premièrement, un outil de Cartographie Numérique des Sols est utilisé afin de produire des cartes de prédictions de sols. A chaque type de sol présent d'un côté de la limite est associée une combinaison de variables intervenant dans la pédogenèse qui permettent de prédire, à l'aide d'une fonction de prédiction, les types de sols présents de l'autre côté de la limite. Ces cartes sont utilisées comme outil d'aide à la décision pour la deuxième étape qui consiste à proposer des redécoupages des contours des unités cartographiques de sols. Ensuite, les suggestions sont soumises aux auteurs des RRP originaux. Enfin, les modifications graphiques et sémantiques sont effectuées suivant les propositions validées par les auteurs. Toute cette méthodologie est présentée dans cette étude, concernant l'harmonisation en région Rhône Alpes. Trois cas particuliers d'harmonisation sont développés, montrant différents niveaux de complexité et d'expertise.

Abstract

« Référentiels Régionaux Pédologiques » (soil maps at 1/250 000) are built since around 25 years by the network of partners of the French soil mapping and inventory program (Inventaire Gestion et Conservation des Sols (IGCS)). The soil knowledge acquisition is achieved in departmental or regional extents (administrative limits). Since each map has its own authors, graphic and semantic differences can occur on the administrative boundaries, which do not conform to the natural limits, and despite common specifications. In order to eliminate these heterogeneities, a harmonisation method has been defined. The aim of this method is to build a single soil map at 1/250 000 harmonised for metropolitan France. This methodology, which is limited to the harmonisation of administrative limits, is based on four stages. First, Digital Soil Mapping (DSM) is used to produce prediction maps of soil types. For each soil type located on one side of the limit, a combination of environmental variables driving pedogenesis is associated. These variables permit to predict, thanks to a production function, soil types located on the other side of the limit. These maps are used as decision-making tools for the second step, which consists of suggesting re-divisions of the boundaries of soil map units. Modifications are then submitted to the authors of original RRP. Finally, graphic and semantic modifications are achieved following the suggestions validated by authors. This methodology is presented in this study, concerning the harmonisation in the Rhône-Alpes region. Three specific cases of harmonisation are developed, showing different levels of complexity and expertise.