Enjeux sociétaux et questions de recherche

L’étude des eaux de surface continentales revêt une double importance :

  1. elles représentent la plus grande partie de la ressource hydrique disponible pour les sociétés (alimentation, agriculture, industrie, récréation) 
  2. leur étude permet de tracer de nombreux processus à l’œuvre au sein des bassins versants (changement de régime des pluies, érosion des sols, changement d’occupation des sols, pollutions diffuse et ponctuelles).

Les ressources en eaux sont ainsi des sentinelles des changements globaux et environnementaux. De fait, l’altération du cycle de l’eau (crue exceptionnelles, sécheresse, pollutions) constitue bien souvent le témoin le plus concret pour les sociétés des changements en cours.


Fleuve Solimões au Brésil © J.M.Martinez

Le suivi des processus hydrologiques nécessite l’observation répétitive à la fois dans l’espace et dans le temps afin de détecter les sources et les modes de transport des flux d’eaux et de  matière dans les bassins versants. Le processus hydrologique étant par nature hautement hétérogène, plus l’observation est répétée plus elle sera fiable et riche d’informations. Carbonneau et Piégay (2012) observent que la nécessité d’étudier et de mesurer les bassins versants holistiquement amène naturellement à considérer la télédétection comme un outil de base. En effet les données spatiales sont les seules permettant une mesure continue à l’échelle du bassin versant.

De nombreuses techniques sont désormais disponibles pour étudier le cycle de l’eau par télédétection et notamment en milieu continental mais cette situation est récente et la discipline est donc parmi les plus dynamiques en télédétection. Les techniques de télédétection employées sont de fait extrêmement variables incluant l’utilisation de techniques de radar actif dont on considère la phase (interférométrie) et/ou la puissance de l’onde électromagnétique transmise (traitement SAR, altimétrie), de radar passif (émissivité microondes des surfaces), de laser ou d’analyses du spectre à courtes longueurs d’ondes (imagerie visible et infrarouge multi, super ou hyperspectrale). Cependant, si les missions satellites et les applications augmentent, se pose le problème de leur adéquation aux questions que se posent les hydrologues et gestionnaires des ressources en eaux. Bien souvent, les développeurs des outils de télédétection ne sont pas leurs principaux utilisateurs et au-delà du caractère « démonstratif » spectaculaire de nombreuses études en télédétection, se pose le problème de leur intérêt réel pour la thématique. Il y a donc un effort à réaliser pour développer des produits robustes et répondant aux problématique de recherche, de gestion et sociétales.

Les premières études en hydrologie réalisées par satellite ont d’abord porté sur l’observation de processus liés aux transferts d’eau et de matière dans les bassins versants mais sans observer directement « l’eau ». On trouve ainsi de nombreux travaux depuis les années 70 sur l’utilisation de la télédétection pour l’étude de la  géomorphologie des cours d’eau (Millington et Townshend 1986), des déformations de surface (Wegmuller et al. 1998), de l’évolution de l’usage des sols (Matthews 1983) ou de l’émissivité microonde des sols en lien avec leur humidité (Schmugge et Jackson 1994). Avec les progrès techniques et la mise à disposition de nouvelles sources de données, de multiples applications ont vu le jour. Il est désormais possible de suivre directement les flux hydrométéorologiques : couverture neigeuse (Papa et al. 2007), distribution des plaines inondées (Hess et al. 2003; Martinez et Le Toan 2007), variations des masses d’eau (Frappart et al. 2005; Papa et al. 2008), niveaux d’eau des fleuves (Santos da Silva et al. 2010). On peut maintenant « voir » directement au sein des cours d’eau et des lacs. La très haute résolution a constitué une révolution en permettant de cartographier au sein de petits cours d’eau leur bathymétrie (Fonstad et Marcus 2005), les micros-habitats (Marcus et al. 2003) ou la nature des fonds de rivières (Carbonneau et al. 2005) en utilisant l’imagerie optique passive ou lidar. La période actuelle est donc exceptionnelle en termes de développements techniques et laisse ainsi espérer de grandes avancées sur les thématiques d’études liées au cycle de l’eau. En particulier, il est certain que la synergie de l’observation spatiale, de l’observation in situ, et d’outils de modélisation permettra d’aborder des questions fondamentales liées aux transferts d’eaux et de matières depuis la physique des processus de petite échelle jusqu’à la prédiction climatique.

Contacts

Jean-Michel Martinez
IRD, laboratoire GET (Brésil)
jean-michel.martinez@ird.fr

Applications

L’étude des ressources en eaux est un domaine largement interdisciplinaire. De fait, les produits qui sont développés dans le cadre du pôle Theia ont vocation à être intégrer dans des structures intégratives observant les bassins versants dans toute leur complexité et sur le long terme. Parmi les exemples d’applications, on peut citer :

  • Service National D’Observation HYBAM – Hydrologie et Géochimie du Bassin de l’Amazone (www.ore-hybam.org). Ce SNO a pour vocation d’observer sur le long terme le devenir des grands cours d’eaux amazoniens et de comprendre la variabilité hydrologie et des transfert de matière en fonction de climatologie et des activités anthropiques. Il intègre depuis plusieurs années l’observation spatiale, comme l’altimétrie ou la couleur, afin de densifier les observations des réseaux conventionnels. HYBAM repose sur une coopération internationale (8 pays) formés par des partenaires de recherche et en hydrologie opérationnelle (service hydro-météo).
  • EyeOnWater (eyeonwater.eu)pour le suivi de la qualité des eaux sur une grande quantité de plan d’eau. L’ACRI-HE a développé une chaîne de traitement complète et pleinement opérationnelle pour l’évaluation de la qualité des eaux de plus de 600 lacs. La chaîne réalise le téléchargement du produit, l’application de corrections atmosphériques (algorithme LAC-ACRI), la restitution de la qualité de l’eau et la publication des résultats sur une interface web EyeOnWater.
  • Glowabo (Global Water Bodies) élaboré par une équipe internationale (France, Suède, Etats-Unis) est une base de données quantifiant et cartographiant le nombre de corps d’eau de notre planète grâce à la télédétection spatiale et un algorithme de détection automatique des surfaces en eau. Pour chaque corps d’eau, Glowabo fournit une description précise de la distribution géographique, de l’abondance, de la taille, de la forme et de l’altitude.

Thèses