Dossier thématique 12 - mars 2015
Les ressources en eau : les actions du RTRA
Les ressources terrestres en eau, ainsi que leur répartition territoriale et temporelle, constituent un des principaux enjeux de connaissance des années à venir. En dehors des enjeux scientifiques, on envisage que l’accès des populations à l’eau constitue probablement la source majeure de conflits dans les années à venir.
Le RTRA STAE a soutenu plusieurs projets dans cette thématique, projets qui ont permis des avancées significatives dans ce domaine scientifique.Dans un premier temps deux projets complémentaires ont été soutenus dans les années 2008-2009. Il s’agit des projets CYMENT et MAELIA.
Le projet CYMENT : CYcle de l'eau et de la Matière dans les bassins vErsaNT (2008-2011)
Le projet CYMENT s’est attaché à i) évaluer l’apport de données spatiales multi-capteurs à l’étude du cycle de l’eau et de ses variations en réponse au changement climatique et au forçage anthropique, ii) valider les produits hydrologiques "spatiaux" par comparaison avec des mesures in situ et des sorties de modèles, et iii) développer un plateau de modélisation hydrologique et hydrodynamique à différentes échelles spatio-temporelles utilisant l’observation spatiale.
Ce projet, coordonné par Anny Cazenave, a permis de réunir les compétences très complémentaires de 6 laboratoires : CESBIO, CNRM, IMFT, LA, LEGOS et GET.
Le premier challenge consiste dans l’utilisation simultanée de plusieurs capteurs satellitaires : i) altimétrie par radar, conjuguée à l’imagerie optique, ii) gravimétrie, par la mesure de la trajectoire des satellites, iii) imagerie radar à basse fréquence sensible à l’humidité des sols (cf. figs. 1 & 2). Le second est associé à la collaboration étroite au sein du même projet, entre spécialistes de la donnée spatiale, modélisateurs petite et moyenne échelle et développeur d’une base de données hydrologiques mondiale. La conjonction entre ces spécialités permet de discriminer entre les masses d’eau libre, celles qui imbibent le sol et celles qui sont stockées dans les réservoirs profonds (nappes phréatiques, aquifères karstiques). Toutes les compétences nécessaires étaient déjà présentes au sein des six laboratoires du projet. Celui-ci a permis de les réunir pour construire un faisceau de nouvelles collaborations et mieux structurer cette communauté autour de la question du cycle hydrologique. Aujourd’hui, au niveau international, seule la NASA a su construire un projet similaire.
Le projet CYMENT s’est attaché à i) évaluer l’apport de données spatiales multi-capteurs à l’étude du cycle de l’eau et de ses variations en réponse au changement climatique et au forçage anthropique, ii) valider les produits hydrologiques "spatiaux" par comparaison avec des mesures in situ et des sorties de modèles, et iii) développer un plateau de modélisation hydrologique et hydrodynamique à différentes échelles spatio-temporelles utilisant l’observation spatiale.
Ce projet, coordonné par Anny Cazenave, a permis de réunir les compétences très complémentaires de 6 laboratoires : CESBIO, CNRM, IMFT, LA, LEGOS et GET.
Le premier challenge consiste dans l’utilisation simultanée de plusieurs capteurs satellitaires : i) altimétrie par radar, conjuguée à l’imagerie optique, ii) gravimétrie, par la mesure de la trajectoire des satellites, iii) imagerie radar à basse fréquence sensible à l’humidité des sols (cf. figs. 1 & 2). Le second est associé à la collaboration étroite au sein du même projet, entre spécialistes de la donnée spatiale, modélisateurs petite et moyenne échelle et développeur d’une base de données hydrologiques mondiale. La conjonction entre ces spécialités permet de discriminer entre les masses d’eau libre, celles qui imbibent le sol et celles qui sont stockées dans les réservoirs profonds (nappes phréatiques, aquifères karstiques). Toutes les compétences nécessaires étaient déjà présentes au sein des six laboratoires du projet. Celui-ci a permis de les réunir pour construire un faisceau de nouvelles collaborations et mieux structurer cette communauté autour de la question du cycle hydrologique. Aujourd’hui, au niveau international, seule la NASA a su construire un projet similaire.
Les résultats les plus importants du projet concernent le volet « grande échelle ». La combinaison des produits satellitaires et les sorties des modèles numériques ont permis des analyses hydrologiques très précises et nouvelles sur différents bassins : Amazonie et Afrique de l’Est, en particulier, ainsi que la détermination des pertes occasionnées par l’irrigation excessive sur les ressources profondes (cf. fig. 3). L’assimilation des données satellitaires dans les modèles numériques a permis de multiples avancées, comme la représentation des zones inondées à grande échelle. D’autres résultats intéressants concernent l’effet des eaux continentales et du stock de neige sur le niveau de la mer. Les travaux à petite échelle sont assez déconnectés du reste du projet. Ils concernent surtout la simulation d’événements précipitants type cévenol et constituent une suite à des travaux antérieurs.
Le projet CYMENT s’est appuyé sur le travail d’une vingtaine de chercheurs et d’autant d’ingénieurs permanents. Il a nécessité le recrutement de 7 post doctorants et a fourni la substance d’une cinquantaine d’articles dans des revues internationales à comité de lecture. Il a permis de constituer, au niveau régional, une importante communauté d’hydrologie spatiale, permettant la collaboration concrète d’expérimentateurs, de traiteurs de signal et de modélisateurs. Le recrutement de seniors pendant le projet a par ailleurs permis d’établir des collaborations durables avec l’université de Princeton (USA) et celle de Melbourne (Australie).
Le travail réalisé est en pointe au niveau européen, surtout pour ce qui concerne l’utilisation conjointe de l’altimétrie et la gravimétrie. Une retombée du projet concerne la préparation de la future mission SWOT dédiée à l’embarquement d’un radar altimétrique à large fauchée, permettant d’agrandir la surface explorée au sol
Le niveau de TRL atteint par le projet CYMENT a été estimé à 3. Les principaux concepts et les modèles ont été validés de manière analytique et/ou expérimentale. Les applications peuvent donner lieu à des projets « opérationnels » ou de service. Diverses applications peuvent en effet être rapidement envisagées, suite au projet CYMENT :
- Développement d’un service générique d’évaluation et prévision des ressources en eau.
- Utilisation par le SHAPI (prévision des crues) avec une régionalisation prévue à l’arc méditerranéen.
Le travail réalisé est en pointe au niveau européen, surtout pour ce qui concerne l’utilisation conjointe de l’altimétrie et la gravimétrie. Une retombée du projet concerne la préparation de la future mission SWOT dédiée à l’embarquement d’un radar altimétrique à large fauchée, permettant d’agrandir la surface explorée au sol
Le niveau de TRL atteint par le projet CYMENT a été estimé à 3. Les principaux concepts et les modèles ont été validés de manière analytique et/ou expérimentale. Les applications peuvent donner lieu à des projets « opérationnels » ou de service. Diverses applications peuvent en effet être rapidement envisagées, suite au projet CYMENT :
- Développement d’un service générique d’évaluation et prévision des ressources en eau.
- Utilisation par le SHAPI (prévision des crues) avec une régionalisation prévue à l’arc méditerranéen.
Le projet MAELIA : Multi-Agents for EnvironmentaL norms Impact Assessment (2009-2012)
Il s’agit de développer une plateforme de simulation numérique des impacts socio-écologiques des normes environnementales. Cet objectif a été circonscrit à un domaine pertinent pour nombre de territoires - à savoir la modélisation de la gestion de la ressource en eau dans un bassin hydrographique (ici le bassin Adour-Garonne). Une égale importance est donnée à la représentation des « dynamiques » biophysiques de la ressource, à ses usages (usages agricoles, industriels et domestiques), et aux jeux d’acteurs – individuels, collectifs ou institutionnels – impliqués tant dans les usages que dans les diverses dimensions de cette gestion (financement, allocation, suivi, police, sanction, etc.).
Ce projet, coordonné par Pierre Mazzega, a réuni les compétences de 5 laboratoires : GET, IRIT, AGIR, UTM/MSHS, ECOLAB.
La principale innovation de ce projet est la modélisation multi-agents, et ce que ceci implique au niveau pluri-disciplinaire (sciences dures, sciences de l’homme,…).
La deuxième innovation est la réalisation même de la plateforme qui pourra postérieurement être adaptée en mode opérationnelle.
Le principal acquis est clairement la construction de la plateforme de simulation. Les principaux processus impliqués sont : interactions eau/sol/plante et la croissance des plantes ; les processus hydrologiques ; les changements d’occupation et d’usages des sols ; l’évolution de la démographie à l’horizon 2030. La plateforme utilise un système d’intégration multi-échelles. Plus de 250 ensembles de données sont utilisés.
Il s’agit de développer une plateforme de simulation numérique des impacts socio-écologiques des normes environnementales. Cet objectif a été circonscrit à un domaine pertinent pour nombre de territoires - à savoir la modélisation de la gestion de la ressource en eau dans un bassin hydrographique (ici le bassin Adour-Garonne). Une égale importance est donnée à la représentation des « dynamiques » biophysiques de la ressource, à ses usages (usages agricoles, industriels et domestiques), et aux jeux d’acteurs – individuels, collectifs ou institutionnels – impliqués tant dans les usages que dans les diverses dimensions de cette gestion (financement, allocation, suivi, police, sanction, etc.).
Ce projet, coordonné par Pierre Mazzega, a réuni les compétences de 5 laboratoires : GET, IRIT, AGIR, UTM/MSHS, ECOLAB.
La principale innovation de ce projet est la modélisation multi-agents, et ce que ceci implique au niveau pluri-disciplinaire (sciences dures, sciences de l’homme,…).
La deuxième innovation est la réalisation même de la plateforme qui pourra postérieurement être adaptée en mode opérationnelle.
Le principal acquis est clairement la construction de la plateforme de simulation. Les principaux processus impliqués sont : interactions eau/sol/plante et la croissance des plantes ; les processus hydrologiques ; les changements d’occupation et d’usages des sols ; l’évolution de la démographie à l’horizon 2030. La plateforme utilise un système d’intégration multi-échelles. Plus de 250 ensembles de données sont utilisés.
Le deuxième point concerne la calibration du modèle. C’est un problème complexe qui n’est pas terminé et qui doit être réalisé en plusieurs étapes. Cette calibration s’appuie sur quatre scénarii dont les impacts peuvent être évalués et comparés.
La principale application de cette plateforme est la gestion des périodes d’étiages.
Il a été aussi démontré l’importance de la télédétection pour accéder à des données de terrain.
Une collaboration a été établie avec le Brésil, dans le cadre du LMI OCE (Université de Brasilia). Des discussions sont en cours pour des applications en Tunisie, à Bangalore et aux USA.
Le potentiel applicatif est important. Trois projets de transfert de la plateforme sont en cours :
- transfert porté par la CACG (Compagnie d’aménagement des coteaux de Gascogne) ;
- transfert porté par ARVALIS, impliquant plusieurs laboratoires, pour l’approche territoriale de la gestion quantitative de l’eau.
- Projet de transfert financé par l’ONEMA (Office national de l’eau et des milieux aquatiques) concernant le développement d’un cahier de charges d’un outil de gestion opérationnelle de l’eau pour les services de l’Etat.
Le TRL atteint est estimé à un niveau de 5/6
La principale application de cette plateforme est la gestion des périodes d’étiages.
Il a été aussi démontré l’importance de la télédétection pour accéder à des données de terrain.
Une collaboration a été établie avec le Brésil, dans le cadre du LMI OCE (Université de Brasilia). Des discussions sont en cours pour des applications en Tunisie, à Bangalore et aux USA.
Le potentiel applicatif est important. Trois projets de transfert de la plateforme sont en cours :
- transfert porté par la CACG (Compagnie d’aménagement des coteaux de Gascogne) ;
- transfert porté par ARVALIS, impliquant plusieurs laboratoires, pour l’approche territoriale de la gestion quantitative de l’eau.
- Projet de transfert financé par l’ONEMA (Office national de l’eau et des milieux aquatiques) concernant le développement d’un cahier de charges d’un outil de gestion opérationnelle de l’eau pour les services de l’Etat.
Le TRL atteint est estimé à un niveau de 5/6
Les actions en cours
Suite aux avancées obtenues par les projets CYMENT (en télédétection) et MAELIA (en modélisation multi-agents), il a semblé nécessaire d’ouvrir le Chantier TEREAU pour mener une réflexion permettant de combiner les acquis de la télédétection satellitaire et de la modélisation multi-agents et de chercher une méthodologie pour la gestion de l’eau d’un bassin anthropisé et les services associés.
Ce chantier, très actif, a donné lieu à la proposition d’un nouveau projet appelé REGARD, qui est financé par le RTRA depuis juillet 2014.
L’anthropisation de nombreux bassins versants, tel celui de la Garonne, entraîne une pression forte sur la ressource en eau et de nouveaux couplages entre les différents compartiments (surface, rivières, nappes, retenues) qu’il est parfois difficile de gérer en conditions d’étiage. Le projet a pour objectif de montrer comment les informations satellitaires, les informations sur l’activité humaine combinées à de la modélisation peuvent fournir une vision spatialisée de la ressource en eau à des pas de temps et d’espace fins. Le projet évaluera l’apport des données satellitaires et des activités humaines dans la simulation des différents processus mis en jeux, puis intégrera ces données au sein de modèles hydrologiques à l’échelle du bassin.
Suite aux avancées obtenues par les projets CYMENT (en télédétection) et MAELIA (en modélisation multi-agents), il a semblé nécessaire d’ouvrir le Chantier TEREAU pour mener une réflexion permettant de combiner les acquis de la télédétection satellitaire et de la modélisation multi-agents et de chercher une méthodologie pour la gestion de l’eau d’un bassin anthropisé et les services associés.
Ce chantier, très actif, a donné lieu à la proposition d’un nouveau projet appelé REGARD, qui est financé par le RTRA depuis juillet 2014.
- Projet REGARD : Modélisation des Ressources en Eau sur le bassin de la GARonne : interactions entre les composantes naturelles et anthropiques et apport de la téléDétection
L’anthropisation de nombreux bassins versants, tel celui de la Garonne, entraîne une pression forte sur la ressource en eau et de nouveaux couplages entre les différents compartiments (surface, rivières, nappes, retenues) qu’il est parfois difficile de gérer en conditions d’étiage. Le projet a pour objectif de montrer comment les informations satellitaires, les informations sur l’activité humaine combinées à de la modélisation peuvent fournir une vision spatialisée de la ressource en eau à des pas de temps et d’espace fins. Le projet évaluera l’apport des données satellitaires et des activités humaines dans la simulation des différents processus mis en jeux, puis intégrera ces données au sein de modèles hydrologiques à l’échelle du bassin.
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