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Les défis de la gestion de l’eau

De nouvelles techniques spatiales permettent d’accéder à des paramètres clés en hydrologie continentale. Elles contribuent à mesurer les variations du niveau et du volume d’eau des rivières, lacs et plaines et à calculer l’humidité des sols et les stocks d’eau souterraine.

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Jason 2, un satellite d’observation des océans (© Cnes/D. Ducros)
Survolant la Terre à 1 336 km d’altitude, le satellite Jason 2 (lancé en 2008) est destiné à l’étude des océans. Il permet de mesurer très précisément la hauteur des océans, des vagues, la force des courants marins, etc.

L’eau sur Terre est continuellement recyclée par les précipitations, l’évaporation et l’écoulement vers la mer. La description précise du cycle de l’eau, en particulier sur les terres émergées, est une composante fondamentale de la prévision climatique et de la gestion des ressources en eau de la planète (consommation et activités humaines telles que l’irrigation, l’urbanisation, la production d’énergie hydroélectrique…). D’autres applications concernent la prévision des inondations et des sécheresses, la navigation fluviale, etc.

LE CYCLE DE L’EAU

À l’échelle du bassin versant, la variation temporelle du stock d’eau total (eaux de surface, humidité des sols, eaux souterraines) est liée aux précipitations, à l’évaporation des sols, à la transpiration des végétaux et à l’écoulement de l’eau vers la mer dans le réseau hydrographique. Chacun de ces processus joue un rôle clé dans le cycle de l’eau. Par exemple les précipitations ont une influence dominante sur les variations du stock d’eau des sols. Les processus d’évaporation et de transpiration des végétaux régulent les échanges de masse et d’énergie entre le sol et la basse atmosphère. L’humidité des sols contrôle l’évapotranspiration (Voir en bas de page) et la croissance des végétaux (et pèse ainsi sur le cycle du carbone). Le manteau neigeux influence l’albédo (Voir en bas de page) de la surface terrestre et par là même le bilan radiatif de la Terre. Ce manteau neigeux joue un rôle majeur dans les ressources en eau de certaines régions.

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Le cycle de l’eau (© DocSciences – P. Veyret)
En s’élevant au-dessus de la mer, la vapeur d’eau se refroidit et forme des nuages qui, une fois suffisamment chargés d’eau, se transforment en pluie. L’eau s’écoule ensuite vers la mer ou s’infiltre dans le sol.

DIFFICULTÉS ET ÉCUEILS

Pour décrire et comprendre le bilan d’eau dans les bassins fluviaux et ses variations, résultant à la fois de la variabilité naturelle du climat et de l’activité humaine (ou forçage anthropique), les scientifiques ont besoin d’observations précises, globales et continues de chacun des paramètres hydrologiques brièvement mentionnés ci-dessus. Cependant l’observation de ces paramètres et de leurs variations est aujourd’hui très incomplète.

Si des réseaux d’observation in situ (niveaux d’eau, débits, humidité des sols) ont été mis en place au cours des dernières décennies dans certains bassins, leur distribution reste très limitée et hétérogène. D’autant que depuis une vingtaine d’années, de nombreux réseaux ne sont plus maintenus, en particulier dans les pays en développement. En outre, lorsque les données existent, leur accessibilité devient de plus en plus problématique. Des modèles hydrologiques régionaux et globaux ont été développés pour décrire les variations spatiotemporelles des flux et stocks d’eaux continentales et les échanges d’énergie et de masse entre la basse atmosphère et les sols. Mais, pour un bon fonctionnement et des résultats validés, ces modèles ont besoin de données et d’informations fréquentes et renouvelées.

DES TECHNIQUES INNOVANTES

Depuis quelques années, certaines techniques spatiales de télédétection (imagerie visible, radar, radiométrie, altimétrie, gravimétrie (Voir en bas de page), etc.) apportent des informations intéressantes sur les variations spatiotemporelles de nombreux paramètres hydrologiques : précipitations, humidité des sols, extension et épaisseur du manteau neigeux, variations des masses d’eau dans les grands bassins fluviaux, niveaux d’eau des fleuves, des lacs et des plaines inondées…

MISSION SMOS

L’humidité superficielle des sols est mesurée, depuis plusieurs années, par les techniques micro-ondes (radiométrie, radarimageur et diffusiomètres des satellites ERS 1 et 2). Ces techniques exploitent la relation entre le contenu en eau superficielle et la constante diélectrique des sols. Bien que développés pour mesurer la vitesse du vent au-dessus des océans, les diffusiomètres des satellites ERS sont exploités en routine pour fournir des archives globales d’humidité des sols depuis 1992, avec une résolution temporelle de quelques jours. La première mission dédiée à la mesure précise et globale de l’humidité des sols sera la mission Smos (Soil Moisture and Ocean Salinity). Son lancement est prévu en 2009. Il s’agit d’une mission Esa avec une forte participation du Cnes. Du côté américain, une mission appelée Smap (Soil Moisture Active/Passive) basée sur des mesures radar actives et passives en bande-L, est proposée pour les années 2010-2013.


Évapotranspiration : Quantité d’eau totale transférée du sol vers l’atmosphère par l’évaporation au niveau du sol et par la transpiration des plantes. Retour au texte

Albédo : Rapport de la quantité de lumière réfléchie par un objet sur la quantité de lumière qu’il reçoit. L’albédo va de 0 (aucune lumière réfléchie) à 1 (toute la lumière est réfléchie). L’albédo moyen de la Terre est de 0,3. Retour au texte

Radiométrie : Science de la mesure des flux d’énergie associés aux rayonnements électromagnétiques.
Altimétrie : Science de la mesure des altitudes d’un lieu donné. Par exemple dans un satellite, le radar altimètre mesure, à intervalles réguliers et le long de la trajectoire du satellite l’altitude de ce dernier au-dessus de la zone étudiée.
Gravimétrie : Science de la mesure et de l’étude de la pesanteur en un point donné. Retour au texte

En savoir plus

Voir également :

Livres

  • Alsdorf, D., L.L. Fu, N. Mognard, A. Cazenave, E. Rodriguez, D. Chelton and D. Lettemaier, Measuring global oceans and terrestrial fresh water from space, EOS, Transactions, AGU, v88, n24, 2007.
  • Crétaux J-F and C. Birkett, Lake studies from satellite altimetry, Geosciences C.R., doi : 10.1016/J.cre.2006.08.002, 2006.
  • Calmant, S. and F. Seyler, Continental surface waters from satellite altimetry. Geosciences C.R. 338, 1113-1122, 2006.

Sites internet