DOSSIER THEMATIQUE 3 - Juin 2011
CYcle de l'eau et de la Matière dans les bassins vErsaNTs
La journée de restitution du projet CYMENT s’est tenue le 12 mai 2011 en présence d’une soixantaine de participants. Après une présentation des derniers développements apportés par le projet, une série d’exposés et une table ronde ont permis d’établir les perspectives d’avenir en matière de recherche sur cette ressource primordiale pour l’avenir de l’humanité, tant par la prédiction d’évènements extrêmes comme les grandes crues ou les sécheresses, que par la nécessité d’une meilleure connaissance en gestion de la ressource.
Mieux comprendre le cycle de l’eau et ses variations…..
Lancé en mars 2008, pour 3 ans, le projet CYMENT est consacré au développement de l’hydrologie spatiale. En utilisant conjointement l’observation satellitaire, les mesures au sol et la modélisation hydrologique, il s’agit de mieux comprendre le cycle de l’eau et ses variations en réponse au changement climatique et aux forçages anthropiques. L’objectif est aussi de mieux appréhender l’évolution des ressources en eau, et de mieux anticiper les événements météorologiques conduisant aux crues et aux sécheresses. Les échelles d'espace concernées vont du « petit » bassin versant (Adour –Garonne) au global, et des échelles de temps de la journée à plusieurs décennies.
A gauche, l’altimétrie spatiale permet de mesurer le niveau des eaux continentales.
À droite, le niveau du lac Victoria (Afrique de l’Est) mesuré par altimétrie (en bleu) superposé à l’estimation du stock total dans son bassin hydrographique par gravimétrie spatiale (en rouge).
Qu’elle soit visible ou non !
Les données spatiales utilisées proviennent de capteurs différents, embarqués sur des missions différentes. L’altimétrie spatiale, dont les données sont archivées au LEGOS dans la base HYDROWEB, permet d’étudier l’évolution de l’eau libre, des fleuves et des lacs (Figures ci-dessus).
L’imagerie radar à basse fréquence (mission SMOS, de l’ESA, dont le CESBIO a la responsabilité scientifique) permet de déterminer l’humidité des sols et la salinité des océans.
Grâce à l’imagerie radar en bande L, SMOS (au dessus) mesure l’humidité des sols et la salinité des océans, deux paramètres climatologiques essentiels (à droite).
La mesure très précise de la trajectoire des satellites artificiels permet de remonter à la mesure locale du champ de gravité terrestre et de ses variations (données du satellite GRACE de la NASA), avec notamment l’ensemble des stocks d’eau répartis en surface et en profondeur. La soustraction des données de surfaces, obtenues avec les mesures précédentes permettant d’avoir accès aux masses d’eau stockées dans les réservoirs profonds (nappes phréatiques, aquifères karstiques).
GRACE voit le déficit en eau de l’aquifère « Canning » en Australie occidentale (à droite, couleur bleu)
Combiner l'observation spatiale, la mesure in situ, et la modélisation hydrologique
Après trois ans de recherche collaborative, la comparaison des produits hydrologiques ‘spatiaux’ construits dans le cadre de CYMENT – plutôt adaptés à l’étude des grandes échelles spatiales - avec des mesures in situ et des sorties de modèles, a permis de développer et de valider un plateau de modélisation hydrologique et hydrodynamique à différentes échelles spatio-temporelles (du petit bassin versant - ~100 km2 - à l’échelle globale ; échelles de temps de l’heure au pluriannuel). C’est le cas, par exemple, du CNRM/MétéoFrance dont le modèle hydrologique global (ISBA) qui calcule les stocks d’eau dans les réservoirs et l’écoulement vers la mer a pu être optimisé grâce à la comparaison avec les nouvelles données de la mission GRACE.
A l’échelle des « petits bassins versants », l’IMFT (MARINE) et le Laboratoire d’Aérologie (MESO-NH) ont développé des modèles permettant de mieux prédire les risques liés aux aléas des crues éclairs. Grâce à une meilleure compréhension de la physique des nuages, une meilleure estimation des précipitations et de l’humidité des sols a pu être obtenue (à gauche). Une représentation améliorée de l’occupation des sols et de la topographie des bassins versants via l’observation satellitaire, permet de mieux estimer la vulnérabilité spécifique du bassin versant (ci-dessous à droite).
Cumuls de pluie (évènement du 19 - 24 / 11 /2007 sur l’arc méditerranéen. A gauche, comparaison entre la donnée de terrain et la simulation MESO-NH, s’appuyant sur des mesures d’humidité atmosphérique réalisée par un satellite de la NOAA. A droite, les sorties de MESO-NH alimentent le modèle pluie-débit MARINE qui modélise les crues à l’échelle de petits bassins versants (celui du Gardon d’Anduze).
Quelles perspectives ?
Mieux prévoir, connaître et gérer les ressources en eaux : le projet CYMENT a atteint ses objectifs mais ne représente qu’une étape. L’arrivée prochaine de nouveaux capteurs spatiaux, telle la mission hydrologique SWOT (Surface Waters-Ocean Topography) développée en coopération entre le CNES et la NASA, ouvre la voie vers des recherches encore plus approfondies et de nouvelles applications.Pprévue pour 2019, SWOT sera dédiée à l’étude des eaux continentales de surface avec une résolution au sol stupéfiante de 100m sur 100m sur toutes les terres émergées et une période de revisite de quelques jours. La mission observera aussi les phénomènes océaniques de petite échelle (courants, tourbillons) ainsi que les zones littorales et offrira des données totalement nouvelles, notamment en hydrologie continentale.
Les enjeux de l’hydrologie spatiale sont énormes et les applications multiples, que ce soit pour l’étude du changement climatique et son impact sur le cycle de l’eau et l’hydrologie des bassins versants, l’estimation des ressources et sa gestion pour l’agriculture ou encore pour la prévision des inondations ou des étiages. L’eau est source de vie, les satellites observent notre planète, et le projet CYMENT est une brique de plus dans la connaissance de notre or bleu !
Coordinateurs: Anny Cazenave (LEGOS) et Denis Dartus (IMFT)
Site web du projet http://www.legos.obs-mip.fr/fr/projets/cyment/Soutenu par le RTRA sur une période de 36 mois, le projet CYMENT associe 6 laboratoires :
- Le Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie (LEGOS)
- L’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT)
- Le Centre d’Etudes Spatiales de la BIOsphère (CESBIO)
- Le Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM)
- Le Laboratoire d’Aérologie (LA)
- Le Laboratoire Géosciences Environnement Toulouse (GET)