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OPËRATION PILOTE INTERMINISTÉRIELLE DE TÉLÉDÉTECTION
O . P . I. T .
ETAT DE L'ART EN TELEDETECTION
(2° partie - Chapitre 2)
1Q
RESSOURCES EN EAU
ET
TELEDETECTION
par
Mme Cl. VALERIO et Y. VUILLAUME
avec les contributions de : MM. ARMANGAU, CANCEILL, MOREL, ROMAN, SAUTY
N° 77365 Août 1977
OPÉRATION PILOTE INTERMINISTÉRIELLE DE TÉLÉDÉTECTION
O . P . Í . T ,
ETAT DE L'ART EN TELEDETECTION
(2* partie - Chapitre 2)
RESSOURCES EN EAU
ET
TELEDETECTION
par
Mme CI. VALERIO et Y, VUILLAUME
avec les contributions de : MM. ARHANGAU, CANCEIL, MOREL, ROMAN, SAUTY
Août 1977
LISTE DES PERSONNES RENCONTREES
(Consulter la liste des ttièmes abordés avec ces personnes dans l'introduction)
M. ARMAN6AU
M. BERNIER
M. BOIS'
M. BONNET
M. CANCEILL
M. de CRECY
M. CRUETTE
M. DAGUE
M. FONTANEL
M. GUILLOT
M, LEPETIT
M. MCLINARI
M. MOREL
M. OSCHE
M. RASTRE
H. ROMAN
M. SEGUIN
H. VERGER
- C.E-R.G.H. Montpellier (thermique des eaux de surface)M. BURKHALTER
- E.D.F. Service hydrologique - M. RAMETTE
- Université de Grenoble - Département de mécanique desfluides - M. VACHAUD (absent)
- B.R. G. M. Département d' hydrogéologie -Mme BARRES -MM. SAUTY et VAU80URG
- Service des problèmes de l'eau - Ministère de l'Environ¬nement et de la Culture
- Directeur du C.T.G.R.E.F. - Grenoble (problèmes de laneige et des avalanches)
- O.R.S.T.O.M. - Bureau de télédétection (Crues des rivières)
- Délégation générale â l'environnement - ORLAM -Pont à Mousson (Eau et Environnement)
-' (Pollution des eaux côtières) - M. RÎVEREAU
- E-D.F./D.G.T. (Prévision de débit) - M. RICHER
- E.D.F. Service d'hydraulique maritime - M. ALLEN
- CEA/CENG (Traçage, détection de fuites) - M. DUMCNT
- Laboratoire d'Océanographie
- I.G.N. (Pollution thermique des eaux de surface).
- Office Météorologique National - EERM (Précipitations)
- Agence financière de bassin Loire Bretagne (Gestion de l'eau]
- I.N.R.A. Département de bioclimatologie.
- Professeur de géologie - E.N.S.
Nous remercions de leur aide les personnes rencontrées au cours de cetteenquête et espérons que leur participation sera élargie, et complétée avecl'aide d'autres spécialistes.
SOMf^AIRE
Page
Synthèse du document : Résumé ' . _ 1Introduction 3
6
1. Le domaine des ressources en eau : ses relations avec la
télédétection 7
1.1. Approche globale du cycle de l'eau 7
1.1.1. Volume et flux 7
1.1.2. Aspects de qualité 8
1.2. Unité- hydrologique et réseau de mesure 10
1.2.1. Existence d'un réseau d'observation sur^'bassin 10versant
1.2.2. Aspects de qualité 11
1.3. Gestion de la ressource en eau 13
1.3.1. Hydrologie de bassin 131.3.2. Eau libre 17
1.3.3. Développement de modèles de gestion 18
1.4. Possibilités potentielles d'emploi de la télédétectiondans le domaine des ressources en eau 21
1.4.1. Limitations actuelles des méthodes d'étude en
hydrologie '211.4.2. Possibilités potentielles de la télédétection
dans le domaine des ressources en eau 231.4.3. Télédétection et réseaux de mesures hydro¬
logiques 24
2, Thèmes de ressources en eau accessibles par télédétection 28
2.1. Sélection. de thèmes '-23
2.1.1. Eau liée 292.1.2. Eau libre continentale S^O
2.2. Télédétection et phénomènes physiques du milieu ^^
2.2.1. Eau liée 322.2.2. Eau Tibre continentale -^-^
Face
3. Etat dctuel ces applications de la télédêtacticn dans les34
-3.1. Apport dans las thèaes d'eau liée _ .. 34
3.1.1. Précipitations 34
3.1.1.1. Cas ds la pluie 343.1.1.2. Cas de la neige 39
3.1.2. EcQule-T.ents ce surface 44
3.1.2.1. Débit de crue 443.1.2.2. Réseau naturel de drainage et débit
de base 433.1.2.3. Détection des inondations, des fuites
de barrage et de ccnrduits. 543.1-2.4. Inventaire des surfaces d'eau libre 55
3.1.3. Echa.nçes d'eaux â Tintarfaca air-sol =6
3.1.3.1. Evapotranspiration 583.1.3.2. Etat hydrique du sol 733.1.3.3. Irrigation; et drainage ^. SS
3.1.4. Ressource, en eau souterraine 32
3.1.4.1. Alimentation ces nappes : pluieefficace^ et irrigation 94
3.1.4.2. Informations utiles pour la piézo-mêtrie des nappes 97
3.1.4.3. Limites et structures d'aquifères ;implantation d'ouvrages ce captaça(linéaments, résurgences) ' -00
3.2. .i.cccrt dar.s les t.hè.T.es d'eau libre' -27
3.2.1. Dynar.ique des masses d'eau 103
3.2.1.1. Etude das houles Ynî3.2.1.2. Cûurantoloçie - échanges ^^83.2.1.3. Diffusion turbulenta, dilution ^-^^3.2.1.'!. Convection, mélange des masses d'eau ^-^3,2.1.5. Modélisation da la dynariique des
massas d'eau d'une unité --^^
3.2.2. Cartcçraphie des courants contanant ces-atieres an suspension ou en solution --7
3.2.2.1. Rappels théoriques ^-J-J3.2.2.2. Effluents urbains, industriels *i¡-3.2.2.3. Transport de sédiments3.2.2.4. Apports telluricues en mer -^-^
Ill
Page
3.2.3. Bathymétrie 130
3.2.4. Eaux lacustres 130
3.2.5. Herbiers "Bloom" phytoplanctonique 130
3.2.6. Rejets thermiques 133
3.3. Apport dans les modèles de gestion de ressources en eau 134
3.3.1. Cas d'un modèle régional de gestion 134
3.3.2. Cas d'un modèle de prévision de débit de crue 139
3.3.3. Projets de démonstrations par l'utilisationde la télédétection dans les modèles hydrolo¬giques 140-
3.3.3.1. Modalités 1413.3.3.2. Création de structures d'opération 141
Bibliographie 142
Bibliographie du § 1 143Bibliographie du § 2 - .. 145Bibliographie du § 3 146
SYNTHESE DU DOCUMENT
1} RESUME
L'état des cormccissaruses sur l'emploi de la télédétection dansle dowaim des ressoiopces en eaux a été réalisé ci-aprè'à en partant del'analyse de la spécificité du domaine d'applicationj en y recherchantce qui devrait ou pourrait faire l'objet d'anélioration des méthodesutiZiséeSypar l'emploi de la télédétection. Four cela une analyse desparticularités (avantages et limitations) du domaine conjointement àcelles de la télédétection a été réalisée :
- Sur' le plan spectral et énergétique, qui sélectionne le typed'objets ou de mécanismes auquel on accède dans le rrrilieu (réflexion,diffusion, absorption, sélectives ou couleur de l 'eau et albedo, échan¬ges thermiques, hydrodynamique de surface et émission therrrtique, teneuren eau du sol, salinité, rugosité et émission ou réflexion en hyper-fréquence) et en permet la mesure.
- Sur le plan spatial, qui assure l 'accès synoptiaue aux événe¬ments et permet donc- de caractériser instantanément une unité hydriqueentière (Bassin versant, unité d'eaux libre) ¡ríeme de grande taille.
- Sur le plan temporel enfin dans la mesure où la répétitivitéde l 'observation, contrainte spécifique et fondamentale dans le domainede l'eau, est assurée par les satellites, ou par les moyens aéroportésdisponibles (l'eau est par excellence le dorraine des variations rapides).
"Présentement des réseaux de mesures tant coûteux qu'hétérogènestendent à accéder à la dimension spatiale ou terrçorelle des phénomènes,mais sia^out l 'analyse globale du dorraine ainsi réalisée définit uncanevas utile pour classer les différentes applications réparties dansles points suivants.
Après avoir pris contact avec un nombre limité de techniciensreprésentatifs du domaine de l 'eau, une liste sélectionnant les thèmescouvrant ses différents aspects a été établie dans le chapitre 2. Cesthèmes ont été classés en formation des deux types d'eaux : eaux liées(sur et dans le sol) .et eaux libres, dont la différenciation est plutôtjustifiée par la nature des techniques d'études de télédétection quepar la pratique courante- des gestionnaires. Les principaux phénomènesphysiques associés à ces différents thèmes sont examinés svaaessivement,et traités plus en détail par la suite.
-2-
L'état aatziel des applications de la tálédéteaticn est ensuitecâcrit dans le chapitre 3 d partir des résultats de travaux réalisésen Francs ou cornus dans la littératurs (principalement crnéricain^) .Ces travaux ont été pondérés en fcnaticn des besoins spécifiques cildaiaxine examinés .ci-dessus et aussi des avis et reirarçues des spéciales-tes rencontrés.
Ont été successivement passées en revue, les deux situationscitées ci-dessus :
- dans les thèmes d'eaux liées : précipitations, écoulements desurface, échanges hydriques à l'interface air-sol, eaux souterraines,
- dans tes thèmes d'eaux libres : hydrodynamique des massesd'eaux, courants chargés ds matières en solution cu en suspension, batky-jrdtrie, lacs, herbiers, rejets thermiques.
Si quelques applications pcnatuslles ccmmencsnt à être opérationnetZes, les résultats obtenus généralement en sent au niveau de faisabi¬lité et illustrent la nécessité d'une phase de mise au point avant celledu. dévelcupement. Dans les dezjx cas sont impliqués teahviciens et décideurs.
On y a introduit un aspect moderne de gestion par modèles quisemble devoir fairs l'objet d'applications enfin efficaces au rrcins auniveau des U.S.A. Ces derniers ont engagé depuis peu deux yrojsts dedémons z-ration et non plus de faisabilité, orientés cctis le sens ae lagestion d'un bassin versent et résultant de la coopération entré, dépar¬tements ministériels (US Army Corns, USDA et Agences Federales : NASA, NCAA,£?.4 j .
Enfin l'approche adaptée, qui recherche dans le dorraine de l'eautes points perfectibles a été justifiée, car elle rrvntre deux domainescacessUbles par télédétection dans lesquels la dépicience actuelle desréseaux de mesure est j'jugée critique et qui pourraient fcrire l 'objet d'sn-ccurcgement à l'utilisation de ta télédétection. Tl s'agit de l'h'umidité¿u. sal et de la cualité des eaux tiares.
INTRODUCTION
Un bref parcours des publications relatives au domaine de l'eaurévèle un très grand déséquilibre, au niveau des comptes-rendus d'étudesutlisant la télédétection, que l 'on trouve en nombre très restreint dansles revues "Ressources en Eaux", et très nombreux dans les revues spécia¬lisés en télédétection. Par ailleurs on constate fréquemment une réactionde rétraction des spécialistes du domaine devant ce qu'ils considèrentsouvent comme des applications rrrinevres et d'efficacité discutable. Cettesituation toujours valable, durant depuis 1972, reflète, semble-t-il, unmanque de dialogue entre les vrais utilisateurs et les spécialistes de latélédétection. Désireux d'utiliser efficacement cette nouvelle techniquequ'est la télédétection et conscient de ce clivage, les ministères inté¬ressés ont créé l'Opération Pilote Interministérielle de Télédétection.
Avant d'engager toute action, une preirrière phase, consistant enun état actuel des connaissances tant dans le domaine des ressources en
eaux qu'en télédétection, s'imposa. C'est le but du présent rapport. Iln'a pas la prétention d'être exhaustif j c'est surtout un schéma .ordonnéde ce qui existe présentement. Il est certainement incomplet et demanderaà être amélioré et remis à jour périodiquement. .
Mais, si ce document doit aider au dialogue, il n'y suffira pas.n est pour cela nécessaire de définir un programme de développement etde mener des actions en corrmun, et partant, de les rendre possible dèsrraintenant. C'est pourquoi les rédacteurs de ce rapport ont pris le partid'inverser l'ordre courant de présentation des rapports de synthèse entélédétection dans lesquels est exposé ce que peut réaliser techniquementla télédétection, présente et future pour- ce domaine thématique.
Ce rapport corrmence donc par l 'étude du domaine thématique desressources en eaux, pour en définir les points perfectibles puis lesapports possibles de la télédétection, avant d'analyser ce qui a déjà étéfait par télédétection. Avant de corrmencer cette rédaction, afin de biensaisir la réalité présente, une enquête, malheureusement trop rapide, aété menée auprès de certains spécialistes du domaine de l'eau, utilisateursde surcroit, choisis en fonction de leur domaine de corrrpétence, et égale¬ment de leur ouverture vers la télédétection. Il en est de même de certains
spécialistes de la télédétection l'ayant appliqué à ae domaine.
Les principaux thèmes abordés au cours de l'enquête sont lessuivants :
1. Eau liée
- Précipitations, neige- Eau du végétal : évapotranspiration- Eau dans le sol : transferts en zone non saturée- Eau dans les nappes : détection, alimentation
Les sujets qui préoccupent les gesticrmaires de la ressource ontété abordés :
- Crues des rivières
- Irrigations- Aide' à la rationalisation, des- réseaux de mesure- Gestion intégrée dans le cadre de grands bassins'- Relations avec t'Aménagement de l'espace et la protection del'Znvironnsment (nappes/gravières)
2. Eau superficielle
- Mélanges d'eaux de qualités différentes : prcpagation d'effluents,contact eaux douces/eaux salées
- Echanges th.ermiques ,- r¿ij-éts-. thermiques... .- Courantologie, étuâe. de fiux, matières en suspension- Eydrabiolcgie, algues et herbiers- Réseaux de contrôle de la qualité des eaux
La liste des personnes rencontrées est damée précédemment*
Ce document écrit essentiellement par deux rédacteurs a pu bénéficiezde coxales contributions de certaines personnes visitées, lorsque cela s'estavéré possible. Mais le fait d'avoir essentiellement deux rédacteurs n'estpas l-'origine de la distinction eau libre-eau liée quri correspond surtout à ,une approche télédétection. Dans la réalité de l'application, ta gestion dela ressource 'sudase l'appel d ces deux types d'eaux simultazém^ent et ladistinction précédente s'estorrpe.
L'enquête a été complétée perr l'exploitation critique de la biblio-'graphie, pondérée à la suite des discussions auec les différents spécialis¬tes. Cette bibliogrc^hiâ devra être sensiblem,snt accrue dans uns phase ulté¬rieure de cette action et en particulier dors les thèmes qui feront l 'objetd'actions de développement soutenrues par l'O.P.I.T.
Ces travaux préliminaires conduisent d la constatation que si csr-tatTis phénomèr.es hydriques sont accessibles par télédétection, ce fait nsconstitue pas nécessairement une approche utile pour ceux dont le principalsouci est la gestion de la ressource.
C'est la raison pour laquelle il a fallu définir la spécificité dudoraaine par rapport aux autres domaines thématiques, tels que occupationda l'espace, agriculture. On ne considère ici que les eaux contir.sntaleset celles de ta bordure côtière (barde hecta à kilométrique) dcois la mesureoù. les arJnagem,ents qui y sont réalisés ont une incidence sur la gestion dela ressource continentale.
C'est une des raisons pour laquelle sont rappelées dans un premierchapitre les particularités du domaine de l'eau vues sous l'angle del'utilisateur, qui pourraient faire l'objet d'un usage utile de la télé¬détection dans la liirrite des techniques actuellement employées. Ce premierchapitre permet également de donner un canevas d'ensemble dans lequelintégrer et classer les thèmes traités de façon désordonnée dans la lit¬térature, qui seront sélectionnés au chapitre 2 et analysés de façon cri¬tique au chapitre 3.
Si les deux derniers chapitres constituent en fait la partie, étatdes connaissances, il était donc indispensable qu'ils soient devancés parun descriptif préliminaire, sahérmtique et or^domé qui rappelle la spéci¬ficité du domaine due l 'eau.
Dans la version actuelle du document, certains sujets n'ont pu êtretraités que rapidement, et d'autres relevant de domaines connexes n'ont pasété abordés. Ces orrdssions devraient être réparées ultérieurement.
2) CCnCLUSION
.TI ressort de cette étude que certaines opérations ponctuellessont maintenant cpérationnelles . En Francs par exemple, utilisent essen¬tiellement la télédétection aéroportée r irrigations, dynamique des massesd'eau, rejets thermiques, résurgences . Une tendance à passer au satellitelorsque c'est possible, se fait jour chez certains utilisateurs. Tl existedoTvs des interlocuteurs intéressants pour l 'OPIT. A l 'étranger (USA. notam¬ment) existent depuis peu des actions qui tendent à faire passer la télé¬détection du stade de faisabilité à celui de pré-opérationnel. On souligneraà cet égcxd, l 'importance des deux projets américains de démonstratian, l 'unsur la neige, l'autre en hydrologie de bassin, qui, par leur aspect de coo¬pération entre acministratior,s et agences permettent de supposer qu'ils sontpour les domaines de l'eau, comparables au projet Lacie pots' l'agriculture.
La deuxième constatation impórtente, résultant de l'étude faite auchapitre 1 est ta cotrp lémen turité qui existe errtrs les technique du domainsdes ressources sn eaux et celles de la télédétection. Par exemple, si lesréseaux de mesure précédemnsnt utilisés dement des résultats précis encertains points de l 'unité hydrique considérée, la tétédâtectian sn permet¬trait l'extension spatiale et temporelle indispensables lorsque l'on s'ex¬prime en terme de gestion de ta ressource. De plus la maille de ces réseauxgénéralem.ent Très coûteux est très lâche. Peu de variables conventionnellessont correctement contrôlées par ce type de réseaux et elles sont souventreTrptacées par des indicateurs. La télédétection accède parfois directementà ces variable. Enfin deux types de réseaux sont quasiment inexistants :himridité du sol et qualité des eaux libres. Un effort mérite d'être entreprisdazs cs sens car la télédétection parait particulièrem.ent bien placée pcxrcela.
Sur le plan de l 'orgaiisation des actitrités du ccrseit scientifiquede l 'OPIT la grande diversité des thèmes dépendant de ce domaine fait res¬sortir la nécessité d'une participatio7i élargie des spécialistes du domainedans te groupe Ressource sn Eaux. Ce rapport n 'a pu bénéficier de leur con¬tribution que très occasionneltemsnt e~ pauzrrait être sans doute, sensible¬ment em.élioré par leur participation dans une version ultérieure .
Enfin la concs:ption même du rapport :
- er.gag3<sit te dialogue avec Iss utilisateurs et spécialistes dudomaine ressources en eaux,
- organisant tes différents termes de cs domains,- classent les études réalisées selon leur éta:t d'ojorcsm.snt lorsqusc'était possible,
devrait repidem.ent permettre de définir ajec les utilisatsurs les actions âmerer ^-er t 'CPIT.
1. Le domaine des ressources en eau : ses relations avec la télédétection
1.1. Approche globale du cycle de l'eau
L'hydrologie s'intéresse au domaine de l'eau dans son ensemble, représentépar le cycle de l'eau et complété par l'étude de la dynamique des massesd'eaux continentales (voir figures 1.1. et 1.2.). Ce dernier terme prend encompte les corps dissous, en suspension, transportés. Dans ce domaine, lesflux échangés entre masses d'eaux sont importants et la qualité de ces eauxest généralement une codification de données quantitatives de paramètressélectionnés en fonction d'une utilisation définie.
1.1.1 Volume et flux
Un bilan mondial des masses d'eaux de l'hydrosphère est fourni dansle tableau suivant :
Bilan "hydrique mondial d'après (1)«
Volume stationnaire
Océan
Eaux souterraines
Glaciers
Interface
Lacs
Humidité du sol
Valeur atmosphériqueRivières (volume instantané)
Hydrosphère totale 1 458 327 2 800
(«) Renouvellement . Volume en placedébit
Ce tableau illustre l'importance des eaux souterraines et des glaciersde l'interfar.a" et des nappes en tant que réserve planéraire d'eau douce.Le volume d'eau en place dans les lacs, rivières, l'atmosphère et le solest infiniment plus réduit.
Le renouvellement naturel de ces réservas fournit une appréciation deséchanges entre masses : ils sont plus importants dans les rivières etl'atmosphère, beaucoup plus réduits dans le sol et les lacs.
* cf. bibliographie.
(10^'km^)
1 370 000
60 000
24 000
4 000
230
82
14
ê)' 1,2
Renouvellement^ «)
(an)
3 000
5 000
8 600
330
10
1
0,,027
0 =,032
8
I:.'-.; -.i l>jt<a«i:i<
t-~jU. \j» rjtte tic l'i-nii.
Les transfarts entr^ masses d'eau en placa se font essentiel lament pardes processus thermodynamiques (vaporisation, condensation, fnfiltT-àtion,convexión) ou gravitaire (précipitation, ruisselle.ment, infiltration)cu physique (dilution, transports en massa, êcoule.T.ents , dispersion).
La relation de hase pour l'évaluation du bilan (an volume) ces ressour¬ces en eau d'un bassin pendant un cycla hydrolcgiqua raposa surl'égalité :
= £ -r R- H. r
P : précipitations '£ : evaporationR : ruissellement
I : infiltration
Lorsqu'il s'agit d'une unité d'eau ¿e surface, il est plus aisé d'ex¬primer les volumes et les flux par :
- leur bilan par 3 = M - N + S - E + P
- leur taux de renouvellement par 0 = Y/3
avec :
M : débit entrant des rivières, ruisseaux, rejets, réseaux de drainageet de collecta
N : débit des exutoires
S : débit des échanges entre la baie et le large, lorsqu'il s'agit d'unplan d'eau ouvert sur un autre plan d'eau
E : evaporationY : volume
P : précipitation.
1.1.2 Aspects de quai
Les caractéristiques de la qualité de l'eau sont très nombreuses et lesphéncmànes mis sn jeu très cctnplexes. Ils sont d'ordre physiqua chiT.iqusou biologique. Généralement cette qualité est définie an fonction dal'utilisation da l'eau par la mesura ponctuelle des concantra'ions encorps dissous cu sn suspension. Cas concentrations ponctuelles sont larésultante de flux da charge d'origines diversas et fonctions de leurcherair.e.ment, soit dans la terre, soit dans les réseaux de collecta,^oit en «au libre. Alors las bilan et rancuvells.Tent précédents s'expri¬ment en débit de chart:e.
.GE CJSPOSAl- // 8. Surface de
renouvadement
//
P. précipitations /
/"
/
S. échanges sntla bais et le lare
Figure 1.2 (c)LEGENDE
flux de charge entrantdans la baie
^ flux d'échange sortant
Dans ce cas E et P sont
négligeables et ie bilanest exprimé en flux decharge par ; S = M + S
zc^is cai\jc:-i3úc:.
§ñ# ' C3VHTSPÎS BHÎZS
10
1.2. Unité" hydrolcgique" et -réseau de mesura ;. . .
}^3n2S33tztjS3^a$S>2r3Sbâ3)^..3Î--3j:^bs2J3..^S..Vi)33SiwAD33 : La variable spatialeest fondamentale en hydrologie, car elle implique la notion d'unité naturelle.
- le bassin - versant dans le cas des eaux "liées"
- l'unité d'eau libre fennéa ou sarai-fennêe (rivières, lacs, baies marines).
La variabilité élevés da la taille de ces unités, implique la notiond'échelle d'observation, c'est-â-dire d'une part la taille de l'information
. minimale â racueillir (pas d'échantil-lonnaga et d''àutre part.la-visiQffig:lqbala de cat ense-mbla.
1.2.1. Existence d'un réseau, d'cbser/ation sur bassin - versant
Les disparités de répartition spatiale des composants du cycle deVeau sont importantes et rendent nécassairas l'implantation d'unréseau d'observation adapta si possible à cas variations spatiales ettemporelles au long des cycles hydrologiques. La périodicité d'obser¬vation va en général dans l'ordre décroissant : précipitation, eva¬poration, ruissellement, fluctuation des eaux souta.'-raines. Lasdonnées ponctuelles fournies par chaque station sont e.nsuita regroupéeset analysées afin de régionaliser la variable examinée.
L'interprétation des données passa par les étapes préalables contrai¬gnantes de : collecta, critique da cohérancs, mise au format, régio¬nalisation (courbes isovaleur). Les résaaux da mesura ds débit d'unaeau libre farmée sa traitant ds raê-me,
A titra d'e.xa.mpla, voici d'apràs (2) des éléments du réseau deSranda-Brstagrîe, pays dans lequel l'intégration das différants réseauxhydrologiques est très avancée :
Surface moyenne parpoint de mesure (km2)
33 ou 920 (E)
2 875
435 ou 770
150 ou 2 300
^ 2 300
460
Pour une surfaca de 230 000 km^
Précipitations : 7 OQO point da mesura dont 250 avecenregi strement
Evaporation : 80 stations permattant l'évaluationde l'ETP (évapotranspiration pota.n-tielle) rae.nsuelle
Ruisselle.ment : 530 stations dont 3C0 avec enregis¬treur (fréquence : 15 minutes)
Eaux souterraines : 1 500 points dont 100 avecanrai straur
Qualité des eaux de surfaca : 30 stations « 10variables en 1970, fréquence : 1 h,100 prévues en 1S75
Qualité des eaux souterraines : 500 points(2 â 4 mesuras/an) .
.../
11
Les principales limitations de ces réseaux portent sur :
- la densité spatiale : pour des raisons de coût .de gestion et d'accèsau lieu potentiel de mesure, ou d'occurence imprévisible, des phéno¬mènes observés,
- la périodicité : certains phénomènes aléatoires sont trop rapides,
- la méthode de mesure : nature des phénomènes appréhendés.
La différence de densité de ces réseaux montre que certains élémentsimportants du cycle de l'eau qui se situent au niveau du sol sontinsuffisamment évalués ; evaporation, infiltration.
A l'échelle des bassins hydrologiques français, une évaluation a étéfaite (3) et ramenée à l'ensemble du territoire national. Le bilanhydrologique moyen interannuel de 1958 à 1967 défini à partir desobservations réalisées sur 65% du territoire et extrapolé à toute lasurface (550 000 km2) est le suivant :
mm*
Précipitations 950Ecoulement (surface +
souterrain) 410Déficit d'écoulement
(evaporation + ET) 540
1.2.2. Lorsqu' intervient la qualité des eaux, les réseaux fonctionnentrarement en continu.
En effet, les méthodes d'évaluation de la qualité sont encore en coursd'élaboration et con cerne ntairtout les eaux libres, rivières, lacs,côtes. Le nombre de variables à considérer est assez grand. Les varia¬bles globales sont de l'ordre de 5 â 10. A titre d'exemple, lafig. 1.3 d'après (4) met en évidence le nombre des variables à consi¬dérer et l'importance relative de leur perturbation dans le cas durejet d'un effluent dans une rivière depuis la bouche de l'émissairejusqu'à la zone aval de retour â la normale.
La collecte des données se fait, généralement par prélèvements instan¬tanés d'échantillons sur site puis analyses en laboratoire. Chaquerésultat est ponctuel dans- 1 'espace et ne peut être valablement spa-tialisé sans une connaissance parfaite de la dynamique des eaux, c'est-à-dire des flux de charge. De plus, cette dynamique varie trèsrapidament. Aux disparités engendrées par la diversité d'origine des
12
masures s'ajoutent les fluctuations de la qualité de Taau au pointde mesure dues à la nature même du milieu aquatique. Cas remarquessont valables sur les réseaux existants et. â: fortiori en eaux libres.
Par exe.mple, un résaau de suivi de la qualité des eaux de baignadeexista sur les côtes françaises. Il fonctionne à -raison d'une 'ana¬lysa par semaine les mois d'été en quelques points des zones debaignade. La normalisation des résultats est en cpurs. Hais ce réseaune peut être qu'un indicateur ponctuel, aucune spatial isati on ne peuten être présentement attendue car elle suppose une connaissance par¬faite de la dynamique locale des eaux côtières et de leurs variations.
concan-cration
Sjoraa.°e Zsnaésa
.»««»«-** Caractéristiques phy-
\ siques, chimiques,biochimiques.
miiàHâ^ «3««W4-«n
Sels dissous
Bicraasse primaire
Végétaux et animauxuni cellulaires.
f 1 g . J. . J . V.<fi»iJiM.« i!uinúiiin< H '.,KUi.-if^n,M di» lu quoiio' ilu l'iwii
Animaux indicateurs
de la quai ita de la
vase at de 1 'eau.
.../
N.B. : B.Q.O. : Demande biochimique d'oxygène
13
1.3. Gestion de la ressource
Elle tend vers la recherche d'un équilibre continu entre la ressource etla demande. Pour la France, la ressource est en général suffisante, saufcas particuliers de certains épisodes pi uviométriques déficitaires associésà un contexte régional d'exploitation intense de la ressource.
1.3.1. Hydrologie de bassin
Pour une gestion globale de la ressource en eau («)(5).
La pénurie.
Rappelons les faits : L'été 1976 en particulier dans le bassin Loire-Bretagne, de nombreuses collectivités de l'Ouest, du Centre, de Vendéeou de Bourgogne, ont dû, après avoir lancé des appels à la modérationet à l'économie, interdire certains usages non essentiels : arrosagedes pelouses et jardins, lavage des voitures et dans plusieurs cas ladistribution d'eau a été interrompue pendant plusieurs heures. Certainegrande ville a dû même réserver la production d'eau potable à l'usagedes centres hospitaliers et au fonctionnement des fontaines publiques.
Les usines de la même manière ont été perturbées dans leur fonctionne-mentj des fabrications ont été arrêtées, des ouvriers ont été placésen chômage technique.
Pour les agriculteurs qui disposaient de l'irrigation, les difficultésn'ont pas manqué. Certains ont dû arrêter d'irriguer car des mesuresadministratives ont dû être prises pour préserver un débit minimaldans les cours d'eau. D'autres n'ont pas trouvé la ressource suffi¬sante pour conduire à terme leur progranme d'irrigation qui avaitcommencé en avril sur les céréales d'hiver.
Face à ce problème, les initiatives se sont multipliées, les inter¬connexions de réseau se sont développées, les forages en catastropheont été implantés et réalisés en espérant que les espoirs seraientsatisfaits mais en fait peu de mesures se sont révélées efficaces,car la lutte contre la sécheresse ne s'improvise pas.
La ressource.
Les disponibilités en eau n'ont donc pas été à la mesure des besoinsexprimés.
Pourtant sur la circonscription de bassin Loire-Bretagne, il tombeen année moyenne près de 120 milliards de mètres cubes d'eau, dont43 parviennent à la mer, et quelques milliards rechargent les nappes.le resta s 'évaporant.
./
(«) Extrait d'une publication de G.C. Roman, Ingénieur Agronome.Agence Financière de Bassin : Loire-Bretagne.
14
Comparées aux 4 milliards que représenta Ta demande en eau actuelle,les ressourças sont nettement excédentaires.
Le capital E.VJ est cartaine.isnt suffisant- pour couvrir -tous las. besoinsprévisibles à un horizon aussi lointain qua possible. Las prcblè.messeraient plutôt analogues à eaux que posa la trésorerie.
L'axplicaticn physique des i rri gui ari tés dans les disponibilités EAUdoit être recherchée dans le bassin Loira-Sretagne dans la faibleimportance des nappes régulatrices, l'extension da la zone perméable(socle primaire du Massif Central de la. Bretagne) , l'absence de gla¬ciers susceptibles de réalimentar les afiHuants de la Loira en étépar la fonta des neiges (comme pour la Rhône). Les débits des coursd'eau sont donc diractament tributaires de la pluvicm.étrie et surtoutde l'intensité de 1 'evaporation. Ainsi, pendant la période de juin ànovembre, la pluie déverse plus de 53 milliards de métras cubes, maisseuls 7 milliards ruissellent.
La ressource en eau formant un tout quel que soit son- gîta, ilconvient d'accorder une place spéciale aux eaux souterraines et plusparti cul ièra.frent â callas das nappes autres qu'alluviales. Ellesconstituent en affet un des mcyans de régler la prcblè-me da la Tréso¬rerie. EAU. Cas nappes, pas toujours connues, sont caractérisées enLoire -Bretagne par une extension modeste (40% en surfaca), par leur.relative continuité dans la sous-sol ainsi que par leur inertie at leurcapacité de stockage.
A titra d'exe.mple, la nappe das calcaires de Beauca, la plus impor¬tants nappe du bassin (7 500 'iai2) est capable de faire face, par unebaisse de niveau normale, sans réduira d'une maniera notable sasdébits à l'exutoire, â une succession de "4 années sans pluie" toutsn satisfaisant las prélêve.mants' habituel s.
La demande en eau.
Après avoir vérifié que la ressourça en eau était suffisante glcba-la-ment, nous allons préciser la notion de csmande eau - , . au traversdes quatre grandes catégories d'usagars de l'eau :
E^D^F. , .
La demanda en eau est importante, prés da 3 milliards de mètres '.cubes par an, mais elle se manifesta principalement sn hiver(besoins calorifiques, énarcétiques) , à une période où les débitsdes ccurs d'eau sont importants. Ca ca fait> E.D.F. intervientmodérlmant dans l'équilibre ressources-besoins en été, et sou¬vent plutôt favcrable.mant an lâchant à l'aval de sas retenuesun peu plus qu'il n'en arrive. Par ailleurs, an cas da diffi¬cultés, E.D.F, dispose de moyens de substitution (centralethermique) .
15
La demande en eau, près de 0,8 milliard de mètres cubes par an,crott de 4 à 6% par an. Elle porte également sur toute l'année.Indépendante pratiquement des conditions climatiques, elle estprioritaire, nécessaire à la vie et il ne peut être question,sauf accident, de la limiter.
Industrie
La demande en eau, 1/2 milliard de mètres cubes par an, eststable et ne dépend pas des conditions climatiques. La luttecontre la pollution, la recherche d'économie d'énergie, condui¬sent les industriels à procéder au traitement et au recyclagedes eaux, ce qui se traduit au plan de la ressource par uneréduction des prélèvements qui compense le développement desactivités industrielles.
Irrigation
La demande en eau, de l'ordre de 70 millions de mètres cubes enannée sèche, est caractérisée par sa dispersion géographique, salocalisation dans le temps pendant, la phase de croissance de laplante.
Elle dépend essentiellement des conditions climatiques et variedans des proportions très importantes d'une annéa â l'autre(1 à 6), la demande étant d'autant plus forte que l'année est plussèche et donc les débits des cours d'eau les plus bas.
Dans cette perspective, les i rri gants doivent dimensionner leurréseau et leur capacité de pompage pour les besoins de pointe.A titre de comparaison, le débit installé pour arroser 1 hectareest sensiblement équivalent à celui nécessaire pour desservir1 000 habitants.
En ce qui concerne le rythme de développement de l'irrigation,une valeur moyenne n'a guère de signification. L'histoire desannées passées nous apprend que l'irrigation se développe bruta¬lement par imitation dans des proportions très importantes pen¬dant 1 à 2 années après une sécheresse marquée. Ainsi dans lebassin Loire-Bretagne, la superficie nouvellement irriguée en1975 et 1977 sera vraisemblablement de l'ordre de 20 000 ha,
chiffre à comparer aux 100 000 estimés en 1974.
A cette notion de prélèvement, c'est-à-dire le fait d'extraireun certain volume d'eau de la ressource, il convient pour appré¬cier l'impact d'une activité, d'adjoindre la notion de consomma¬tion nette d'eau, c'est-à-dire la destruction d'une ressourceorganisée par evaporation, incorporation dans des produits,etc ...
15
Il est admis que l'irrigation consomme 70% da cas prélêve.'nantstandis que l'alimentation en eau potable n'en nécessite que 20%,rindustrîe 75 et les centrales électriques 7/lCCa.
De ca fait, un mê.me mètre cuba d'eau utilisé par différantescatégories d'usagers, ne peut satisfaire les mêmes besoins. Sica mètre cube est intarcaptâ par des i rri gants, il est équiva¬lent à l,4m3. En effet, le premier irrigant consomme 70% dum3 qu'il a prâlevé soit 7CQ litras et n'en restitue que 30%,soit 210 litras ; le second en conscmns égalemant 70% da cas210 litres, soit 147 litres et ainsi de suita. Cela se répétaplusieurs fois st Ton arrive à un total ds 1,4 m3 de besoinssatisfaits I partir de ca mètre cube d'eau initial.
S'il s'agit d'alimentation en eau potable, Ln3 équivaut par uncalcul identique à 5 mJ dispersés gâographiqusmant parce que laconsommation netta das résaaux d'alimentation an eau potable estplus faible (20%) soit 1 : 0,2 = 5. Par contra, un industriel,sauf s'il utilise de la vapeur et na la récupère pas, a besoinseulement de 7% de consommation netta.' Ccnc 1 m3 utilisé pardes industrials peut être utilisé 14 fois (1/0,07 =14).
Cas calculs simples montrant l'imçortanca relative des diversusaças da l'eau et met an évidence le poids de l'irrigation dansun bilan ressources -besoins. Même si, initiale.-isnt, les volu.mesprélevés sont faibles, car an défi ni ti va 1 ' i rri gati on represantedes besoins unitaires 10 fois supérieurs a eaux de l'alimentationsn eau pbtabla,
A la rechercha d'uns solution.
Lorsque 1 'équilibre ressources -besoins manaca de sa rompre, dauxsolutions sont possibles :
- diminuer les utilisations, c'ast-à-dira limiter cu interdira lasprélève.ments,
- accroîtra la ressourça en eau.
La pramiàra solution peut êtra rapidement adoptée en cas d'urgenca.En effet, entre l 'al intentati on en eau potabla da 1 CGO habitants stl'irrigation de 1 hectara, le choix est vita fait. Qui la reprocheraitaux responsables ?
Dans ca cas , 1 ' i rri gant :
. subit una certa netta (di ffarenca antra les coûts des serviceset produits utilisés et la valeur da la prcduction obtanue) ,
. amorti t 1 ' équi peman t d ' i rri gati on ,
. est obligé da reconstituer sa trésorarie par l'a.mprunt.
En définitive, la parta financiê:-a peut attaindra 2 à 3 GCQ F/ha pourdes cultures da plain champ lorsque Tirrigant doit cassar d'irriguer.
En conséquence, il parait difficile de précohisar le raccurs à dassolutions da restrictions imperativas,
.../
La deuxième solution, plus dynamique, plus constructive, ne peuts'engager que dans le cadre d'une véritable gestion des ressourcesen eau qui suppose un minimum de comptabilité sans laquelle il estdifficile d'établir un bilan "ressources -besoins" qui permette deprévoir avec Iss délais suffisants les risques de déséquilibre etd'étudier ensuite avec les délais nécsssaires les projets à mettreen oeuvre.
1.3.2. Eaux libres
La gestion d'une zone côtière peut fournir, un exemple faisant inter¬venir la qualité d'eau.
La ressource n'est plus définie seulement en quantité mais en qualité,laquelle dépend essentiellement du taux de renouvellement des eaux dela baie, exprimé par le rapport du flux de charge qui en sort auvolume de charge total ; csci supposs la connaissance :
- des flux de charge qui arrivent dans la baie qui peuvent être d'ori¬gine terri gène (rejets urbains ou industriels, rivières, eaux deruissellement, ...) ou marine (déchets solides, hydrocarbures, eauxpolluées en provenance d'une autre baie),
- de leur comportement hydrodynamique (transport, dilution),- leur possibilité de dégradation dans la zone marine étudiée ;Cette dégradation, fonction de la qualité de l'eau environnante,décroît dans un espace fermé non agité.
- des échanges entre les eaux de la baie et du large.
Tous les termes précédemment cités sont des variables spatiales ettemporelles à variation globale assez rapide. Par exemple le débitd'un émissaire peut varier considérablement en quelques minutes etson panache tourner de 180" en quelques heures. Les variations localespeuvent être infiniment plus rapides.
La demande : elle s'exprime généralement en terme d'aménagement.
- Elle peut être touristique, ce qui suppose l'existence d'une plagedont les normes de pollution de l'eau respectent les conventionsinternationales, d'un port de plaisance et d'aménagements urbainseux-mêmes polluants.
- L'exploration de zones de pêches ou conchylicoles exigent d'autresnormes.
- L'installation d'industries côtières se traduit par une demande depossibilité de rejets d'eaux chimiquement très polluées.
- Enfin, les centrales électrogènes consotranent ds gros volumes d'eauxde refroidissement.
../
IS
La qualité des eaux de cartainas baies attaint tin tal def¡ré da..dégradation que certaines demandes du type tcuristiqus cu daconsommation des produits da la mer, ne peuvent plus être satis¬faites.'
D'autres sont en rupture d'équilibre, la ressourça pouvant diffi¬cilement satisfaire la denanda.. . . .. C'est le cas de certaines zones du littoral méditerranéen où des
actions importantes de sauvegarde de la qualité de l'eau sontengageas .Catte notion da gestion de la ressource d'une baie est développéedans les travaux de Mr de Rouvilla et ail {16).
1.3.3. Développement de modales pour l'aide à la gastion das ressourçasen eau
A titra d'exemple, la schéma de la f1g..1.4 (d'après J. Margat"(a})donne un aperçu de la- complexité des intsrcohne.xions ' entraun systâ.me aquifèra (offre en matière- d'eaux souterraines) et lassystâ-mes hydrauliques qui lui sent reliés (demande).
Au niveau da l'offra, il exista actuellement des modèles qui per¬mettant da mieux expliquer catta complexité ; les principalescaractéristiques de cas modèles ont été regroupées dans le tableau 1-1-après. ...
Au niveau de la gestion (adéquation offra/damande) la modélisationn'est pas aussi élaborés, mais se développa actuallament. Par sxampla,il exista une tendance récente à l'élaboration de modèles régionauxda gastion des eaux scutarrainss.
Les inforaaticns apportées par la télédétaction sa situent à la foisdans les donaines "de l'offre et de la demanda ; ailes devront êtraintégrées dans cas ansc.mblas ccmplaxas : et l'en notara (cf, §'3.3.]certaines râalisaticns dans ca sens.
./
o
ATMOSPHERE
~i rpracipllollons ívoporotlon,
I Ironsplrolion
aire d'epandagoou loe endoréique
SURÇ^ACEDU SOL
rexfillrotlon
In nitration
rulssvllamtnt
I
BASSIN VERSANT
cours d'eau
Ipertes par
Innitration
OCEAN
ZONE NON
SATUREE
'-p,/'\-f\
Infllirotlon
efficace
prêle' vemenis
?
a I imen talion
artificielle
écoulement
souterrain
r
tn
lU
lu
oc
HZUl
adrainance
. (affluence)
\\
to
SYSTEME AQUIFERE
noppo d'eau sputerraineoc
oW)
/
rejets
a quif«lrelimitropheà chor.ges
plus élevées
aquifère
inde'pendant
T
drainance
( effluence)
4
UTILISATION
consommation
aquifèrelimitrophe
ô ctiorgesmoins élevées
rejets
flg. i.4 Interconnexions entre un système aquiféro et les systèmes hydrouiiques qui lui sont reliés (échanges de flux)
Tableau 1.1.) iiootits de systîmcs aijuihhes
S
HodSlcs dttormlnlstes llodtllen atockastiquen llodiles prob.ibtiintes(ntnt IntlqupR)
1 1
(nodilea statiques ou dynamiques) (modifie» dynamiques) (modiI«s statiques)
relation caus,-ile d((tai-mIiilÇe entre fonction dn transfert non Indlrpendante relation enlr»» proboblllti d' impulsionimpulsion et liponrfe du temps entre Impulnlon variable et probaliillti da iÇponae
1
/aléatoire (affectée d'une probabilité)et rfponnn
1 Hortilca coMpptuels. Modiles hydrnullqunti Il'>d?|p3 (tIoImun1 Imscs niir i'niiaiys* de» (ou 'bydt-odyn.imiqiie.4) "pricipltntlonn/fcoulempnt i un ou1 proccsnuR pliyalqucs ri«X« plusieurs riserroirs"1 iiul dftprmlfifnt les rvlatlonü . glob.-iuK (anaimi tables i de» modifies de syntdme1 entra Impulsión «t rCponse I (relation analytique) nquifire lorsque le rulsnellement
1 1 ou est nul ou n^gligenblo t domaine^- dlntrlbutlrs (<JU imtrlclpls) l(srstlque) 1
prenant en compte de» variablesrir,lon»llstti9 \ î
Cx 1 modules de reitition entre potentiel» et/ou rl«iK (condition»
imposC'e» et riponne») suit limitesou Jl l'intérieur du syntumn, enr^Klme penn.-inent ou transitoire
1 .'loti? le» »rinl>lrlquc» i:ii ( rx 1 Ex 1
1 relation «llrccte non «rtnly- - liydroRTomme unitaire - Module» de relation prficlpitn- - relation entie friquenc"? de prCrcl-l1 tique vntrb Impulsion «t (plule/d^blt de source) tlonti/.ipport ^ une nappe ("infil tatlon et Iriqiirnce de nive.iu de 11 ripoiise tration eiflc.ico") nnppe ou de dit»M de source 1
- module» Klobnux ou . (crues, (-llafjes ,. . . ) 11 nodîlvs KlbbnuK «n K^hliral "pricipltations errlcoces'Vlnrll- príclpltations/ícoulrmnnt souter
1 r'b-./îl«» jiolr«»") trotlon rain id^btt da source) - relation entre fffquence de nl»f«i>|(fonction de convolution Idsntl- de rivlîre et frPquence de nive.iu 1
- relation entre profondeur de tli-% par dCconvolUtton) da nappe river.ilrte jniveau de napp< et flua prflevfi 1par Ive «otransplratlon - corrfil«tioii4 1
21
1.4. Possibilités potentielles d'emploi de la télédétection dans ledomaine des ressourcss sn eau
1.4.1. Limitations actuelles des méthodes d'études hydrologiquss
Las méthodes de mesures mises en oeuvre sont fondées surtout sur :
a) La thermodynamique pour l'évapotranspiration qui est connueavec une précision qui varie sensiblanent, mais atteintcouranment, en fonction des méthodes de calcul qu'il estpossible d'utiliser, de 50 à 10% : les moins précises(Turc et Thornthwaite) utilisent essentiellement desdonnées de température et de précipitations ; les plusprécises (Penmann) sont des méthodes de calcul du bilanénergétique des échanges atmosphère/surface qui utilisenten plus des variables directement accessibles par télédé¬tection (albedo du milieu, rayonnement net global du soleil,température) .
b) La gravité pour les précipitations et le ruissellement :mesure de volume tombé (imprécision sur la mesure : quel¬ques pourcents) ; ruissellement : mesure de niveau d'eau dansles sections étalonnéas st convsrsion en débit â partir d'unecourbe de tarage (imprécision sur la mssurs ds 5 à 10») ;infiltration : l'alimentation des nappes n'est pas couram¬ment mesurés. Elis sst déduite le plus souvent par différencedans l'équation du bilan hydrologique (estimée I 50 ou 100%).
Par ailleurs, la dêf.fnftian des zones géographiques mal connuesgénéralement a été effectuée (3) et (7). Les principaux pointsdêi'icients sont :
- Défaut de connaissance des ressources en eau réelles des
régions de socle arénisê et des régions karstiques surtoutpar limitations techniques des méthodes conventionnelles deprospection ou du fait de la densité faible ds mesurasreprésentatives ;
- Défaut de connaissances ccraparables dans les zones monta-gnsuses et les régions méditerranéennes par défaut des.réseaux actuels résultant des drffTcïïTTés d'accès aux pointsde mesure et de la grande variabilité des événementshydrologiques : situation comparable dans les régionscôtières par défaut d'équipement.
./
22
- ": - Mécassité d'améliorer global amen t le temps da réponsedu système enzre acqu"iS'iû"on, norma iisaûi on, intégrationet synthèse dss résultats pour répondra aux objectifs nou-
: veaux de l'aménagement des ressources en eau qui tandent àune modulation dès réser/es en- place selon un pas da ta-mpsde plus en plus fin ; ceci est particulièrement nécessairedans les zones irriguées ou un défaut actuel de contrôlesfficaca cu bi lan c'sau et ds sol limita Iss possibilitésde divsloppsment de cas pratiques agricolss ;
- Défaut ds connaissance dans les zonas marécagsusas et dssdeltas -dont la rsssrvs sn sau sst difticHs à évalusr, sur¬
tout en periods ds transition (fonta des neiges ou fortascrues d'alirosntation) st. importante à connaître pour laprévision des niveaux dans las régions aval ;
- Méconnaissa.nca de 1 ' i nci dance des acti vi tés humai nss sur
le régime st Is débit dss cours o'sau rêsuita.T!:. a'aména-gement dont la correction prend rapids.ment une grandeimportance écancaiiique, tel que : drainage des marais, miseen exploitation das forêts, pratiques agrotachniquss/sur-s.xpl citation dss ressourças an eau, urbanisation ;
- Modifications locales des conditions nyanques ^pcur desraisons naturelles cu artificielles) ayant une incidencesur l 'occupation du sol : glissa.ments da terrain, éboula.msntsds falaises en mcncagne, subsidence du sol par ccmpacticndes terrains dslta"îqu8S ou par surexploitation dss aqui¬fères captifs et râsarvcirs de p-étrole sous-jacants ;
- L'inaccassibilité générale dss points da mssurs des plansd'sau sous certaines conditions métâorologiquas ;
- L'incapacité de décrire l'évolution général e.mant très rápidads la dynamique des massas d'eau,. très hétérogènes sur desgrandes surfaces, st dent la ccnnaissanca. est indispensable'à celle des flux de charge ;
- Enfin la maçonnai ssanca cas phénomènes d'échange entrel'unité hydrologique ouverte étudiée et l'eau du larga.
Evaluation de la qualité.
Ici les besoins sent considérablss par défaut de résaau damesure, les problèmes étant ralativa.T.3nt nouvsaux st Is coûtd'installation st ds gestion ds tels réseaux étant bien supéris'urà celui destiné â evaluar Iss quantités d'sau. Certains étatsirrévarsiblas da pollution des eaux sont déclenchés à partir dafaibles élévations de concentration des polluants (Tautrophisa-tion de certains lacs). îl serait, précieux da détecter cas phé-ncmsnss au début ds leur installation alors qu'il sst possibleds Iss cmbattre. Una recherche das zones ds pollution "potan-tisllas" sst â faire. Cn notara à ca sujet que la frange côtièredes continents sst la principal récaptacle des polluants.
.../
23
Une surveillance particulière de cette zone s'impose. ATéchslle de la France une première étude synthétique avec desméthodes conventionnelles fut réalisée (8) sur ce thème quiconfirme bisn cstte tsndance. Dans ce domaine nouveau appelé-à prendre une grande importance économique, des structures deprogramnation et de gestion commencsnt ssulsment à ss msttrssn place au niveau des états et au niveau mondial (9)'.
1.4.2. Possibilités potentielles de la -télédétection dans le domainsdes ressourcss sn eau '' '- ^'^"^^
L'analyse des points précédents montre Iss besoins actuels del'hydrologie sn fait de méthodes st de mesures doirt. a ppi-o.r4 certainpourraient être satisfaits par télédétection, qui permst l'accèsaux phénomènes énsrgétiquss thermodynamiques ds l'hydrologie(evaporation st infiltration) dans une larga bande du spsctre,avec une précision de mesure radiométrique convenable ;l'accès à la teneur en eau du milieu par la constante diélectri¬que en hyperfréquence ; l'accès à l'identification de certainscorps par la spectroscopie de bande dans le domaine de la qualitédes eaux, ou de l'occupation de l'espace.
L'obtention de données spatiales synoptiques dans lesqusllesl'information unitaire permet deS' étudss régionalss st parfoislocalss est dans la ligne directs ds la réalisation de cartesthématiques très utiles. Cette approche devrait pallier lesinsuffi sancas des réssaux da mesure actuels et permettra de mieux
les investissements en nouveaux réseaux de surveillance
de la qualité des eaux. Les différentes tailles de phénomèneshydrologiques allant du niveau planétaire au bassin de quelquesdizaines de km2 pourraient être traitées à l'aide de toute lapanoplie des vecteurs spatiaux-
La répétitivité d'observations constitue en hydrologie un impé¬ratif : cycles annuels, le plus souvent avec fluctuations inter-annusllss, cyclss saisonniers d'alimentation-vidangs, cyclesjournaliers, aléas de distribution à tous les niveaux et certainsaspects d'urgence : crues subites, sécheresses catastrophiques.D'autres avantages résultant de variables accessoires : facilitéd|pbservation dans certaines régions peu accsssiblss au sol.;vitssse de réponse du système..
Dans cette perspectivs d'emploi ds la télédétection, on ne devrapas perdre de vue les limitations propres à cette méthode :
24
a) Limitations at.mosphériques : les nuages ne sont trans¬parents que pour les grandes longueurs d'ondas, ce quilimite le ncmfare des zones effectivement "couvertas" parcertains sensaurs. La correction des signaux émis ourénéchis par les cibles devrait êtreréalisée an fonction
, de l'état instantané de 1 'atiasphêre. Les zonss à cou¬verture nuagsuss psrmansnta devront être répertoriées,car elles excluent l'emploi de certains sanseurs (dcmainevisibls st infrarouçs) d'e.mploi courant.
b) Impossibilité d'accès direct au milisu sol par l'sxis-tencs ds couvsrture végétais dent la répartition devraêtre connus, encora qus la végétation constitua àcertains égards une variable hydrologique.
c) Limitation de la profondeur de pénétration des oncesélectromagnétiques dans le milieu. Le pouvoir d'investi¬gation réel, devra être soigneuserrent évalué en parti¬culier po'ur l 'étude des eaux souterraines et ds l'humiditédu sol .
1.4.3. Télédétection et réseaux de mesures, hydrolcgiques (s)
L' informático, sur l 'eau,', élément indispensable à la connaissancede 1 'snvironnsmsnt, est actuellement, en Francs, collectés pardes réssaux ds mesure de trois variables principales :
- La. pluie : résaau pi uviométri que de la météorologie nationale,associant d'ailleurs la pluie et les autres variables clima¬tiques : (temperatura, pression, ensolaille.ment, etc ...).
- Las débits des rivières ( réseaux hydrcmétriques divers, gé.'^spar des administrations différantes, partiellement cccrdonnésau niveau ce la publication en annuaire intarministâriel) .
- Las niveaux des nappes d'sau souterraines (réseau piézométri¬ques divers, non coordonnés)..
Cas résaaux, surtout les deux derniers, sont en constante évo¬lution, et il s'est développé cas dernières années une réflexionméthodologique importante concernant les problèmes ds rationa¬lisation st d'optimisation da l'implantation st ds la gastion decas réseaux.
Cn peut envisager l'application des techniques de la télédé¬taction tt cas problèmes. A ca stade, précisons qu'on na parlerapas 'des prcbls.mes de collecta de données et de téla-transmission de cas informations par satellite (DCS), cas ques¬tions relevant plus de la tachnoTogis que de Vètuda dss
.../
(2} Tsxta rédigé par M. Cancaill , ministère da la Cultura et de l'Environ-aement, Ssrvica dss problêmss de l'eau.
25
ressources naturelles. La question de fond restera celle dsl'implantation dss stations st ds la définition ds Isurs règlssde fonctionnement, et . celle des modalités d'application deces règles.
Dans une prsmière approche, on peut se limiter aux réssaux dsmesure de grandsurs continues dans l'espace : réseaux pluvio-raétriques et piszométriquss ; le formalisme qui suit ns convisntdonc pas toujours aux réssaux hydromstriques. La grandsur àétudier sst une fonction de l'espace et du temps P (x, y, z,t) ;les questions fondamentales qu'on doit se poser pour implanter unréseau de points de mesuras de P, st pour définir la fréqusncsd'observation sn chaque point, concsrnsnt donc la variabilitédans l'espace st dans le temps de la fonction P ; c'est bien ladémarche empirique qui a toujours été adoptés : rssssrrsr Isréssau dans las zonss où l'on sstime que Is phénomèns étudié sstspécialement perturbé, st faire des mesures à intervalles detemps plus rapprochés quand on psut s'attsndre à des fluctuationsimportantes st rapidss (rsmontée de nappe après de forts épisodespluvieux à .l'automne par exemple).
Si l'on veut préciser cette démarche en l'appuyant sur des tech¬niques quantitatives, rigoureuses, il* faut, bien sur, pouvoirdisposer de données antérieurement acquises ; selon la forme dsces donnéss, plusisurs tschniquss psuvent être mises en oeuvre ":
- On dispose d'une (ou de quelques) série de mesures instantanées
P(Xi. y-» z-, t ) i = 1, 2 ... n (n étant le nombre de^ ^ ^ ° stations)
C'est en quelque sorte, une "photographie" du réseau. On peutétudier la variabilité spatiale à l'aide de techniques d'intar-polation du genre des moindres carrés (cf. DELHCt'lME etABLFIMER, (15),.L'erreur d'estimation psrmet de décaler les zones où le réseauest trop dense et celles où il ne l'est pas assez. Le graveinconvénient de cette méthode est qu'elle ne prend pas du touten compte la dimension temporelle.
- On dispose d'un réseau surabondant observé depuis plusieursannées : les techniques d'analyse factorielle peuvent alorsêtre utilisées pour étudier la redondance entre stations, cequi donne une idée de la variabilité spatiale (moins complèteque par les techniques d'interpolation mentionnées plus haut).Il y a par ailleurs, des interactions entre cstte approche dela variabilité spatiale st la variabilité tsmporslle.(cf. Cancsill (10)).
.../
26
- On disposs ds ssriss longuss (minimum quslquss csntaines d'ob¬servations) en une ou plusieurs stations. L'analyse spectralepsrmet d'étudier la variabilité dans le te.mps, station parstation (cf. Cancsill et Saucerotta -(H)' ).
On peut notar qua les deux dernières techniques psuvsnt s'appli¬quer â un réseau discontinu (réseau hydrcmétrique, par exemple)',ca qui n'est pas Is cas ds la pra.ivis¡-e.
On voit Iss limites de cas méthodes, elle.s sont de deux ordrss :
- sn prsmisr lisu, il sst nécessaire ds disposer ds donnéss plusou moins abondantes,
- sn second lieu, il n'exista pas ds methods psrmsttant de rendrecompta correctement de la variabilité spatiale et de la varia¬bilité temporelle ; came les deux sont en interaction, il n'estpas parfaitement satisfaisant ds les traiter sêparânent ccmmaon le fait fauta de mieux.
Si la deuxiê.me inconvénient nécessita dès travaux surtout théo¬
riques, on voit plus facilement comment utiliser la télédétectionpour dépasser le premier.
La possibilité qu'offre la télédétaction de donner une imagscontinus sur le plan spatial (ou dont les discontinuités liéesau pouvoir ce résolution au détactaur.sdnt négligsablss àl'échelle du réseau) et réoéti ti ve dans- le ta.mps paraît en effatextré.meîTient sécui san ta .
La difficulté majsurs qu'on peut attandre est la validation de lasignification physique de la masure : qus psut-cn en sffatmesurer ?
Probablement pas la profondeur de l'eau des nappes malgré cer¬taines publications (cf. Ryland st ail, (12)) qui mettant enévidence dss corrélations slavéss entra signal détecté st niveaude l'eau dans les puits. Dans l'état actuel de l'art, on ne peutpas avoir l'optimisme ds suppossr ces résultats (obtanus dans uncontaxta très spécifique) fiablss et reproductibles.
On a, par contre, connaissa.nca de tentatives d'évaluation dela pluie par radar au sol , (cf. Cola, (13) ) : est-ca-que detels cstactaurs aéroportés Í pourraient donner une évaluationintéressante de la répartition dans la temps et dans l'espaçade la lama d'eau ?
D'autres travaux sur le mâ.me thêma ont su lisu au Canada
(recherches bibliographiques en cours).
On espéra aussi évaluer des paramètres plus élaborés, commel'évapotranspiration,.
../
27
Sous réserve donc d'une validation correcte, il serait possiblede mettre en relation :
1) La mesure au sol, dans un réseau expérimental, d'unparamètre distribué tel que la pluis ou 1 'evaporation.
2) Une détection fine st répétitive d'un indsx lié à ceparamètre .
n est bien important de préciser qu'on s'intéressera plus àl'étude de la variabilité du paramètre qu'à sa mesura proprementdite, mesure qui restera sans doute sncore longtemps hors d'at¬teinte par les seules méthodes de la télédétection,
La connaissance de cette variabilité donnerait des éléments
fondamentaux au développement de la méthodologie d'implantationdes réseaux de mesure, développement qui marque. le pas depuisquelques années (cf. de Villeneuve et ail , (14)), derniermanuel important en date) .
L'iraportanca des réseaux de mesure conditionns slls-mêms l'étatd'avancsmsnt de la recherche hydrologique : un certain nombred'études en cours, en France comme à l'étranger, utilisent ungrand nombre de données (issues de réseaux et de méthodes sta¬tistiques pour approfondir les mécanismes ds l'écoulement -typologies diverses des facteurs hydro-climatiques morphologiquesetc ...). La connaissance de la variabilité d'un certain nombrede ces facteurs représenterait un progrès fondamental dans cedomaine ds la racharche.
.../
28
2. Tnê-mes de ressources en eau accessibles par télédétaction
2.1. Sélsction ds thg.T.ss
La. liste des thè-mes cités dans le tableau ci -après" n '"est pas exhaus¬tive, mais résulta d'une sélection fondés principals-rnsnt sur dsux"critèrss :
- avancsmsnt ds la methods sn matière de télêdétsction,- intérêt qu'ils représsntsraisnt sn matière ds rsssourcsssn sau.
Cetta lista. a été établie d'una part à la suita des contacts prisen France et d'autre part d'une bibliographie cités sn réfé.'^ncs (l)a(o)
Lss théines ont été regroupés suivant la classification : eau liés(sau sur Is sol., sau dans la sol) et sau librs. La télédétaction yaccédera par des voies différentes dans chaque cas.
La colonne un du tableau cita les thèmes principaux st cartainasde Isurs variantes. La colonna dsux exprime l'utilisation que l'onfait des 'résultats obtenus. La colonne trois cita les dcmai.nes-connexas qui se situent à daux niveaux :
- l'un d'utilisation dérivée des informations produitas,- l'autre de compétition avec le domains eau.
Ce tableau sara détaillé dans la paragraphe 3.
2.1.1. Eau liée
29
m
Tnèmes principaux et
variantesUtilisation
ill
Doraaine connsxe
(3)
Eau sur le sol
pluis
nsige
ruissellement :
- coefficient
- flux
- drainage naturel
- épandage de crues
- Evapotranspiration
Prévision ressource
inondations
Exploitation ressourceModulation du- débit des .'
,.:..-Gestion* des barragesCarte,de risques et pro¬tection des zones inondables
Consommation en eau des
plantes
Perte de ressource du sol
Prévision météorologique
Consommation d'énergisAménagement des vallées,des zones urbaines
Production végétale
Eau dans le sol
Etat hydrique du sol
- irrigation
- drainage
Eau souterraine
EmergencesRésurgencesFailles
Karst
Consommation en eau des
plantes
Infiltration: alimentation
de la ressource
Identification
Exploitation ressourceExploitation rsssourcs
Exploitation rsssourcssn sau
Zonss favorablss à l'ex¬
ploitationImplantation de puits
Circulation - protectioncontre pollution
Production végétale
Glissement terrain,
pentes ... .Production végétale
Aménagements agricoles
Exploitation ressourceen matériaux
Vulnérabilité à pollutionaccrue avec aménagementssurface
CaptagesPérimètres des protec¬tions du captage
3Q
2.1.2. Eau libre continentale
rnèmes principaux et
variantesUtilisation Domaine connexa
Eau lacustre
8at.hymétrie
Dynamique des massasd' eau
Transport de sédiments
Cartographie dyxia-nique das apportstalluriques an mar
Cartographie dyna-mi que quan ti tati vedes effluents urbains
ou industriels
Cartographie dyna-ni qus dss herbiers,boojn algual
Evaluation de la variation
dss stocks par la connais¬sance de la surface librs
st de la bathymétrie
Misa à jour das cartas
- Implantation d'c-vr/raçss(ponts, ports, systàmad'épuration st ds rajsts)
- Implantation d' industriascôtières, csntralesélsctrogènss thsrmiqussou nucléaires
- Protection dss plaças
Envasement, afouillementdes rivages et des rivières
Dynamique des massas d'eau
Zone écologique perturbés
Inventaire ds la pollution
Dynamique dss masses d'sau
Indication d'un dsgré dsdégradation du milieu
- Irrigation- Alimentation en eau
potabla- Kydro-slectricité- Utilisation indus¬
trielle
Aménaca.msnt dss rivaoss
tourisme
Productions mari nss
( péchs , conchy! i cul turs ,production d '«algues)
Acti vi tes portuai ras
Trafic maritime al
fluvial
31
2.2. Télêdétsction st phénomènes physiques du milieu
Dans ce chapitre sont énoncés las principaux processus physiquesqui permeti:ent d'sxpliqusr la relation sntrs lss thèmes cités auparagraphe 2.1 et la télédétection et justifient leur sélection.
n apparaît dès à présent que certaines variables utiles du milieusont directerasnt accessibles par télédétaction (exempls de la"température").
Dans la plupart des cas cependant le passage à la quantification,puis à l'utilisation dss résultats reproductiblss ne psut ss faireque par une modélisation qui intègre l'ensemble complexe des étatsphysiques du milieu, y compris ceux intervenant hors du spectreé1 ectromagnêti que . A cette modélisation au niveau de l'objet détectés'ajoutent celles inhérentes à la télédétection et qui prennent encompte les aspscts géométriquss reliant capteur-cible-soleil d'unepart et la compensation des perturbations dues à l'atmosphèred'autre part.
Dans la plupart des cas,^lá télédétection n'accédera qu'à une partiedes phénomènes utiles.
32
2.2.1. Eau liés
THEME PHYSIQUE DU MILIEU ACCES PAR TELEDETECT:
Etat hydriqus du sol 1) Conductivité et diffusionthermique liées à sa teneuren eau ; inertie thermique
- Bilan radiatif (donnéssble et IR thermique)
2) Constante diélectriquecomplexe associée- -à sa teneuren eau.
- Signal hyper et radio frq'jences â pénétration d-rentielle et larges banc
E.vapotranspi rati on Echanges hydro therrno dynami¬ques à la surface du sol
- Bilan radiatif (visibleIR thermique)
Pluie
îfeige
Variation d' albedo ou de tem¬
peratura du sol ou des nuagesConstanta diélectricue com¬
plexe des nuages ou du solBilan énergétique (fonta)
- Visible et thermique
- Signal hyperfréquences
- Bilan radiatif
Eau souterraine Variation d' albedo ou de cou¬
leur correspondant à diffé-rents objets, eau libre, végé¬tation particulièreEchanges hydro thenno dynami¬ques par descensum ds la zonssaturés
- Visible multispectrali denti f i ca ti 0 n des ci b 1 -"classification" et ana'
taxturale de l'image- Bilan radiatif (visible
IR thermique)
Irrigation, drainage,Emergence, résurgenceFail! as, karst,Crue, drainage natural
Variation 'al bado aux coulaursassociéss à dss formss carac-
I tari s tiquas
- Visible multi ou monosp-"identification" des ci;
par "classification etlysa texturala de Tí.tíc
/
2.2.2. Eau libre continentale
33
THEME PHYSIQUE DU MILIEU ACCES PAR TELEDETECTION
Eau lacustre
Transport de sédimsntsApports tslluriquss sn msrEfflusnts urbains
et industrials
Bloom phytoplanctonique
Bathymétrie
Cartographis dss hsrbisrs
Dynamique des masses d'eaux- Houle
- Convexión
Courantologie, diffusiondilution
Courantologie simple parlâchers de radsaux
Réflsxion, absorption,diffusion sélsctivs sn
nivsau énergétique couleuret température de l'éclai-rement solaire, fonction de laqualité de 1 'eau
Variation de l'absorptionTénsrgis réfléchis par lafond sn fonction de la
hauteur d'eau
Réflsxion rslative sn niveau
énergétique et couleur du fluxsolaire non absorbée par lacouche d'eau, par les herbiers
Réflexion sélective sur une
face ds la vagua
Variation da température entreles différentes masses d'eaux
Variation d' albedo dua au mou¬
vement de l'eau dans un cou¬
rant coloré (rejet, apportterri gène, courant de sédiment)
Emission sélective de traceurs
fluorescents lâchés en diffé¬
rents points et moments
Emission sélective de la sur¬
face des radeaux par rapportâ l'eau
Enregistrement de l'albédode 1 'éclairement solaire
par l'unité de surface,fonction ds la quantité dsmatière dissoute ou en so¬
lution sur une verticale.
Accès directe au flux de
charge
Enregistrement de la varia¬tion de l'albédo de T éclai¬
rement solaire, fonction dela hauteur d'eau
Enregistrement de l'énergieréfléchie par les herbierset non absorbée par la couchd'eau les surmontant.
Enregistrement photograph iqudonnant la répartition spa¬tiale des facettes de vague(visible ou radar) .
Enregistrement T:hermographiq
Enregi s tremsnt de ces varia¬tions dont la configurationdans 1' imags rsnssignés, surlss mouvements de convexión
La réponse du récepteur estdirectement fonction de la
quantité de matière fluores¬cente présente dans la colorne d'eau de surface
Enregistrement da la foncticgéographique des radeaux parrapport à la côte
3. Etat actuel des applications ds la télédétection dans les thëires sélectionnés
3.1. Apport dans les thèmes d'eau . liée.
3.1.1. Précipitations
3.1,1'! Cas da la pluie . "^a) Domaine spectral du visible et proche infra-rouca
Il est connu d'après des travaux de laboratoire, que laréflectance d'un sol décroît lorsque croît sa teneur eneau -, s'agissant du domaine spectral du visible, ons'intaressera ici à l'effet pslliculairs ds cstta sau à lasurfaca du s&l.La courbe de la figure 3,1. r traduit cet affs
En pratique, cat état fuçaca r,e pourra êtra dbser/ê qus dansdas conditions tout à fait excaptionnsllas (par satallita, cisldécouvert, observation i.mmédiatamsnt après la pluia) qui napermettant pas d'e.nvisaçer un avanir assuré à catts approche.Des travaux sffectués â la demande de la KQk\ (1) 4 partir dedonnées du satallita MIMBUS 3 (bande 0,7. à 1,3 ^«w* ) prisesperiodiquanent.au dessus des Etats Unis ont montré l'absancs decorrélation sntrs lss' précipitations journal iêras at la variationmoyanns ds rsflectanca sur la dizains ds zonss tsst retenues.Ceci tisnt â l'impossibilité qu'il y a à separar dans les varia¬tions du signal télédétacté, l'influence des précipitations desjournées antérieures â la date d' observation-
La recherche de relations antra la réflectance de certains
types da nuages, l'intensité das précipitations constatéesdans la zone montagneuse sous-jacanta et le débit de crusde catta même zone, a été tentés avec un certain succès (2),dans dss conditions climatiques équatoriales il est vrai.
Dans les conditions géographiquss ds la région (lonçuaur darivièra totale 500 kni et au cantroTde du bassin : 250 km),le pic de crus doit survsnir snviron 50h après dss précipitationsintsnsss. /
Lss auteurs établissent uns relation expérimentale entra lasignal recueilli, 1' Intensité des précipitations st d'autresfacteurs tais que l'albédo f , l'ëpaisssur d'atnosphèraau-dessus des nuages, la pression atmosphérique au scm.mst dssnuages.
Dans le cas dss différents épisodes da précipitations particu-lièrsnant intsnsss, las autaurs vérifiant une relation antre la
CLOUD PilOTOCRAl'HS IN EQUATORIAL Rf^CION,
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SOIL MOISTURE, WEIGHT PERCENT
Figure 3.3 Plot of 1.55 Brightneas Temperatura Versus Soil Molaturafo- ri'-Mn v.'[^h Toara Soll.'i In the PhoenLx, Arizona Tost Area
volume du ruisssUemsnt et la surface englobée dans l' iso¬signal 9 volts qui constitue la valeur asymptotique (corres¬pondant à une intensité de 1 rnn/ïiiji) au delà de laquelle lesignal devient indépendant da 1 '.intensité, (figura 3.2.)
b) Domains dss hyoerfréqusnces :
On distingusra la cas dss radicmëtras passifs ayant déjà étéembarqués sur satallita météorclogique et celui das radarsdont^'embarqusne.nt est projeta.. Da.ns Is premisr cas un radip-mètrs à balayags élsctrocniqus (ESMR) fonctionnant à lalongusur d'onds ds l.,55 en, où l'atténuation atmosphériqus dusignal sst réduits, a été embarqué sur Is satallite NII^SUS '5.
La taïipératura de brillance T3 perçue est proportionnelle au ' 'produit de l'émissivité par la temperatura du milisu.
Ls expériences avec ce détsctsur aéroporté ont permis d' évalusrla relation T» - humidité pondérais du sol. (Figurs 3.3)
Avec les donnéss ds ESMR sur. satallita (3), on a pu reliar les va¬riations régionales du signal (figure 3.4.) portant sur lamoyenne vallée du Mississipi ê un spiscds ds précipitationsintenses contrôlées par plusieurs dizainss ds stations duréseau météorologiqus dans la région considérés (figure 3.5)Lss résultats n'ont sambls-t-il pas été rspris sur un mods plussystlmatiqua st senblent psu connus dans la domains dss rss¬sourcss an eaux-. . ". *
Par ailleurs, la détection des précipitations (intensité r.o-tainuent) par radar basés sur la sol a fait l'objet d'expé¬rimentations conjointes (Météorologie Nationale et CTSREFd' Antony, Squipsmsnt à Sri va) ; 1' analysa das résultats ob¬tanus devrait être faits da.ns la version actualisés du présentrapport,
c) Utilisation pctentiells ds la télédêtacticn :
n parait utile ds rachsrchar les dévsloopsmsnts dss métho-dss d'évaluation de la pluie à des fins hydrologiquss snFrancs, car un bssoin sxists sn cstts matièrs pour prévoirsous forms numériqus st gradués sn probabilité les précipitationsjournal iêras et les débits de rivière qui en résultant.Csrtains travaux ont été réalisés dans cs ssns (4) par Elsc-tricits ds Francs D.T.G. dans le cas dss grands bassins versants(500 à 3. 000 km2) français (Alpes, Massif'Cantral , Pyrénnéss)(Figurs 3.5) pour gérar la production hydrcélactriqua. Ds làmethods utilisés, on rappel ara ici eu' si 1 s' raposa sur l'snoloids paramètres météorologiques (altitude de la surfaca da 700 mb,pression au sol â 5h = indicateur ce volums et d.'intansité dssprécipitations, temperatura au nivsau 7C0 mb = indicataur asl'état thermique de l'atmosphère, précipitation en 24h cour19 groupements pluvicmétriquss du Sud ds la France) à 1 ' échsll e
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Figure 3.4 Nimbus 5 ESMR gritl pi'int map aii.ilysis,
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(Dotted area: T,j<2-li)'K.)
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Figurs 3.5
SUustion ci» baszt.-i3.
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.39
régional s ou synoptiqus. Une amélioratipç de cstts métho¬de sst attsndus par Tautsur avec la prise en compte du champde variation des pressions.
D'après l'exemple évoqué ci-dessys, on pourrait y associerles variations de couverture nuageuse obtenue par les satel¬lites météorologiques, selon une approche analogue à cellscitée (2), mais adaptés aucas ds. la France".
3. 1.1. 2. Cas de la neige : Besoin potentiel de télédétection :
D'un long entretien avec Mr GUILLOT? nous retenons leséléments suivants :
- Dans le cas de la France, il est intéressant de considérer
l'influence hydrolcgique de la neige dans les Alpes, leMassif Central et le Morvan, les Pyrénées pour l 'hydroélsctri cité
- Dans lss montagnes à fort relisf st en particulier dans lesAlpes, l'accumulation de neige réalisée durant l'hiver cons¬titue en année moyenne approximati venant les 2/3' de laressource en eau annuelle. Pour la. gestion des barrageshydroélectriques l'information relative au stock- de neige (é-paisseur, volume, équivalent en eau, teneur en eau, -pro¬babilité de fonte) constitue donc un élément de grandeimportance.
Pour répondre à ce besoin, il existe .déjà dans le cas desAlpes, un réseau limité de points de contrôles des principauxparamètres utiles pour établir dss prévisions d'évolution dsla rsssourcs sn sau.
Ce réssau de mesure a été mis en place depuis de nombreusesannées st lss informations qu'il procura intégréss dans des modè¬les de prévision sont jugées satisfaisantes et significativesde l'évaluation générais dss réserves en eau des principauxbassins gérés par EOF.
Par exemble, pour un bassin de 1.000 km2 (le DRAC au.SAUTET),on dispose de 10 pluviographes, 1 télénivomètre et 3 stations dejaugsage du débit de rivière.
En ce qui concerne l'évolution du stock de neige, variableessentielle, la période d'observation la plus intéressante, sesitue de la mi-avril â la mi-juillet. Dans le cas des monta¬gnes à fortes pentes, l'essentiel de la réserve en eau du man¬teau neigeux se trouve à mi-pente ; donc, â une variationsensibls ds la surfacs annsigée au bas des pentes, ne corres¬pondra qu'une faible variation du stock d'eau ; et inversement,
* E.d.F/D.T.G. '--^
«
si Ta partie principale du stock de neige (â mi-pente) ccm-raenca l fondra, il ne devrait pas sa traduire par une différancesensible de surface enneigée.
C'est principale.ment- pour cas raisons qus la connaissanca dsl'évolution en surfaca du manteau neigeux est jugé peuintéressant-dans le cas des montagnes à fort rali sf,' où par ai 11 surs,sxists déjà un réssau ce controls bisn adapté à la prévisionda- fonts dss nsiges. Par. contra, sn mcntagns à moysn. ou faiblerelief, catta information est jugés de grand intérêt prin¬cipalement pour deux raisons :
- â une variation de surfaca pourrait-être associés une va¬riation significative du stock d'eau.
- la. vari ab il its spatiales plus grande dans ca cas.da Tennsigs-ment*- associés à un râssau.ds contrais moins dsnse, font queles résultats dss prévisions da débit et d'évolution destock sont jugéss moins satisfai santas, actuallsmsnt.
La périodicité d'observation souhaitée est da l'ordrs.ds quel¬ques jours pendant. les périodes d'évolution rapids du mantaaunsigsux (précipitation ou fonta).
En conclus ion. -donc, lss applications utilas en matières deressourcss sn' eaux pour l'évaluation ds la. surfaca du manteauneigeux sa situerait actuel 1 amant principalement sn moyenneet basse montsgne, pour la Franca.
Enfin, la connaissanca da la teneur en sau ou de 1 'écu iva lent
en sau du manteau neigeux paraît presentar un grand intérêtpour nos intarlocutaurs.
Dans le dcmaine connexe de la prévention des avalanches, ladétermination de 1 'extension du manteau nsigsux (avec uns réso¬lution spatiale au moins égals à calla de Landsat) paraîtutile pour orientar l'implantation du raboisamsnt destiné àprévsnir lss avalanches. îl faudrait pour cala disposard'observations en période favorable.C^ besoin est exprimé
Mr- de Grecy*. - ' '" J -" -
yEn matière de collecte de données, par télécotnnunicationsspatiales (système Argos par exempls), nos intsrlocutaursds l'EDF sent attentifs aux axpériancas réaliséss parleurs homologues américains ; il semble cependant qus lasPerformancas prévues pour la systàma Argos na raneontrantpas suffi sarment leurs besoins opsrationnsls en -matièrede tamos de réponse nocam.msnt. Un systàma tarrestrs ds col! setad'informations à 4G0 stations ("sncw tall") qui ssrait "ccmpéti-tif'avac Argos ast en cours- d'évaluation dans 'la région ds Port-:l3nd(0ragcn USA); il sst foadâ sur la râflaxion aléatoire das onds:
s Diracteur du C.T.G.R.E.F. ds Grenoble.
41
radio par les rayonnements ionisants. qui traversent la hauteatmosphère.
L'un des modèles de fusion nivale développés à Grenoble (1)pour affiner la prévision des débits de rivière fait intervenirle bilan thsrmiqus du manteau neigeux, dont la mesure n'estréalisée que très ponctuellement. Pour spatial iser certainséléments de ce bilan, le bassin versant est découpé en zonsshomogènss du point ds vus dss variablss "fixss" altitude, végé¬tation.... ou évolutive (température, enneigement...)
Types d'utilisations de données de télêdétsctionréaliséss":
Le tracé autcmatiqus du mantaau nsigsux sur lss Alpss a étéréalisé â partir du VHRR (satellite ITOS) par la météorologie {Zfnationale (figure 3.7). Elle est réalisable du fait du fortcontrasta d'énergie solaire réfléchi qui existe entre la neige(surtout récente) et le milieu snvironnant (végétation st sol).
L'enploi de Landsat (canal 0,6 - 0,7 um) ou dss satellitesmétéorologiques a été démontrée à plusisurs rsprisss pour csla.
Mais seuls les satellites météorologiques de type NOAA (pointimage de 9oom au nadir) ou Tiros N ou gêostationnairss (pointimage de l'ordre^de 5 'lOn ou pi us. pour la France) permettrontde satisfaire lss besoins hydrologiques d'observatiors répéti¬tives.
Parmi les essais d'utilisation hydrologiques de la cartogra¬phie du manteau neigeux en haute montagne signalons le casdu bassin de la Wind river mountain (Wyoming USA) (3). Il estdecompose en sous-bassins de 200 à 1 200 '<m2, la proportion desurface enneigée a été définie à l'aide du canal 5 de Landsat(0,6 - 0,7 um). Son évolution a été mesurée par des observationssuccessives ds Landsat st córreles au débit annus! par unité dssurfacs ; pour lss bassins considérés ccmras homogènss, laprévision du volums d'eau correspondant à la fonts du mantsauneigeux, établie par ce moyen serait d'un ordre de grandeurcomparable à celle vérifiée par mesure des débits de rivière.
Pour la France, las remarques faites par les rspréssntants deEDF restant toujours valables : chercher une relation entre lavariation de surface du mantaau neigeux et le débit d'eau defonta pour des pas de temps courts (journalier ou hebdomadaire)ne se justifie que dans la mesure où il existe une relationdirecte entre ces deux informations (cas des montagnes àfaible relief) .
s Visite à M. PASTRE - Offica météorologique national/E.E.R.M.
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43
Dans le cas du Wyoming, cspsndant il ssmbls qus l'on aitutilisé, une méthode de bilan saisonnier. Ce qui permet delever la difficulté du relief mentionnée ci -dessus mais
perdrait une partie de son utilité puisqu'elle n'autorisedes états saisonniers.
que
Une tentative intéressante pour relier la réflectance mesuréepar le VHRR ds NOAA 2 â 1 'épaisssur.ds nsige mssurés in-situdans la gamme de 0 à 60 cm^ss révèle encore psu précise((4)et figure 3.8). La principals causs ds cette divergencetient sans doute à l'historique de la neige observée, encorsque lss autaurs aisnt utilisé la différence de réflectanceenregistrée par le VHRR à une semaine d'inter/alle.
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DEPTH OF SNOW |«en»im«tefi|
Figure 3.8 Rtlatíon of relative VHRR vúible reflectance to depth of >now.
44-
3.1.2. Ecoulgnents de surfacs
Ls débit d'une rivière observé après uns pluis bien individua¬lisée dans le tanps et régulièrement répartie sur le bassin(figure 3.9. d'après (1)) dépend du ruissellement à la surfacedu sol, d'unruissal-l6.ment différé ou .hypodsrmiqus, d'un débitde basa raprssantant la contribution des eaux scutarrainss.
Le débit dépend des précipitations st de facteurs "condition¬nels" (2),
«
- géographiques et morphologiques- végétation- géologie- hydrogéologia- climat
qui influant sur ls coefficisnt ds ruisssllsisnt :(vol tag rtrfsse'Fê)(volume précipité)
Leur impcrtanca relative dans la répartition de la pluie estdonnée par la figura 3.10. (2).
3.1.2.1. Débit de crue
L' impórtanos du coefficient de ruissel lans.nt sst pré¬pondérante dans le débit de crue de la rivièra ; ildépend des factaurs conditionnels cités ci -dessus.Citons une tentative (4) peur évaluer le débit de crueQ (pour un interval le da temps donné) à partir deparamètres hydrcgécmorpholcgiques) :dont certains sontconnus par télédétection :A : Surfaca du bassin
0 : Densité de drainage
S : Factaur de forma
L : Facteur de longueur du réssau
4 : Periods des méandres du collscteur principal
et da la pluie :
1 : Intensité de la pluie ; F : Fréquence pour cattaintensité :
Q^ = T'(A, 1, ^^,l,k,...]
Fig. 3 . 9 .Sépiralton flíi Eco«l«f»>;nU
Psjjrhssur.'iCis fí'tmxj Ubrit-
Tamps¿ dejujis / títi^ut ít¡9p'idp'tjt'íi
l-'ic.j. IOt" Scliinia do l:i rt-parülion ('vs íiiun tVnwü pr-ifipiii'-or».
Dans le cas du Texas, la figure 3.11 fait apparaîtraune corrélation empiriqus définie antra Q et la sur¬faca ou la densité du drainage, déterminées par photo¬graphia aérienne ou par satallite.
Citons une étude en OKLAHOMA (3) pour determinar sur20 bassins varsants 'un paramétra CN. hcmcgèna à uncoefficient ds ruisssllamsnt st dépsndant de la naturadu sol, du couvsrt végétal, ds l'humidité... La com¬paraison dss résultats cfatsnus sur Tanse.mbla desbassins à partir d'images Landsat (combinaison ds 4canaux) ou de la méthode habituslls, par référence âcertains bassins bien connus, donne un meilleur résul¬tat avec .les- images de satsllits.
L'énergis réfléchis captés par Landsat étant à lafois dépsndanta ds la nature dss cibles au sol et deleur état (en particulier hydrique) il y a donc a priorihcmogénéitâ avec le parajnètra C.H. ; capsndant, ce dsr-nisr prsnd sn ccmpta uns partis ds l'sau qui ns contri¬bue pas à la réflexion e.nragistrée et catta méthode nsssra donc utili sabla que dans un contsxte hydrclogiquabien précis, et la reproductibilité es cetta méthodeest à dé.Tiontrer (pour un ccntaxta régional st clima¬tique différant) .
Dans le dcmaine de l'aau, css modèles da corrélationsmultiplss plus évolcês ds prévision à court tsrrs dudébit ds pointa de la crue ou de ses variations utiliséspar EDF (5) dépendant de certains des para.T:ètras quiinterviennent sur le signal capté par Landsat. Or,ces modèles sont jugés psrfsctiblss par leurs utilisa-taurs sn particulisr pour ls paramètre ruisssllsment.
Il y aurait donc là uns possibilité de ccnjcncticn'tel èdètacti on/domaine ds l'sau. Cspsnda.nt, la contrain¬te cpérationnsUs d'un ta.mps de réponse très court nedevra pas être ignorés dans ca cas, sn particulierpour la gsstion dss barrages a cantralss hydroélectriquesDe ce point de vue, l'emploi ds la télédétaction seraitsans doute plus aisé pour faire dss prévisions de cruede plus longue duréa, donc sur lss bassins ds grandesdimensions.
C'sst dans cs sens que travaillant les hydrologues deI'ORSTCM" dans la cadra du projat Sap.hyr sur le daltaintérieur du Niger. Au stade actusl ds cetta étuds,l'cbjsctif a été limita à Ti dsnti fi cation dss
Suita à notre entrevus avec M. CRUETTE, hydrolccue diarcé du Suraau d=Télédétaction da l'ORSTGM.
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4S
principales composantes de la surfaca du sol (avecune marge d'incertitude â définir) et au suivi deleur évolution pendant las principaux états hydro-logiques de ca vasta système,, puis à leur associationavec les variations de débit.
3.1.2.2. Résaau naturel de drainage .et débit de basa
Selon les figuras 3.9. et 3.10 le débit da base est""" essentiallsmsnt sn-rslat4on avsc lss saux scutarrainss
dans le cas où 1 'hydrogramme n'est pas perturbé parune succession de précipitations.
Des travaux récents (1) ont montra que parmi lasprincipalss caractéristiquss topographiquss des bassinsversants, la densité du réseau de drkinaga sst csl lequi se relis ls misux au débit d'étiags des rivières ;il est ainsi possibla d'établir dans cartains cas, unecartographie des ressources potentiel les en eaux sou¬terraines en convertissant Ta densité de drainage enindsx d'écouls-rnsnt scutsrrain.
Cstta methods ast fondés sur Vextrapolation ds résul¬tats de bassins connus à ceux qui ns la sent pas, snconditions comparables (unité hcmogè.ne en géolcgis, sol,.précipitation, relisf).
Oj = A * surfaca du. bassin
D. = densité du drainage ; 1.L = scmme des longueursdss ccurs d'aaux :
la mssura dû- tarms ZL sst psrfsctibls, car sur lsscartas topographiquss utilisées, ne prannant pas anccmpta la longusur de rivièra correspondant à laperiods d'étiags alimantés par lss nappss .
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pour
figura 3.12 montrs la type da relations établiesr différantes unités hydrogéologiques da Bretagne-
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Dans la mesura où cet index cartographique se révèleutile pour la connaissanca des ressourças en eau, ilserait possible d'employer la télédétection pour mieuxdéfinir le paramètre IL lors de la période favorable.d'êtiaga et éventuellement d'actualiser catta information,.Pour une meilleurs- définition du résaau natural -da-.
drainags, l'apport da Landsat I l'échelle du 1/100.000en complément das cartes topographiques du USGS(1/62.500) est illustré dans la figure 3.13 (2).
Dans ca cas, la periods d'observation- choisie fournitdes informations plus utiles pour la connaissanca duruissallensnt da surfaca que pour calls ds l'êtiaçs.
Signalons Ta limitation de catta mé-thcda da.ns lesrégions très boisées. Enfin, la photographie aériennede type IRC ou même panchromatique au 1/lCQ.OOO priseâ haute altitude par" un Mystère 20 de l'IGN fournitsans douta das résultats plus précis (.mais aussi plusonéreux si l'on fait intar/snir ls coût d'acquisition).
A partir da cas donnéss, ci^tons la réalisation recentadu BDPA (3) en Sologne qui 'aboutit à une cartographisdétaillés allant jusqu'au 1/2S.CG0 ou même au 1/10,000.
Figura 3.14 : aarandissa.mant au 1/25 -COO du cliché1/lOO.CCO d' origins
Figure 3.15 : cartographie du drainage dêduita dudocument précédant avec sa légende.
A - Zone de drainage général inexistant. cultures sn pi añones systámatisáss
.. mcrpholcgis plans. surfacss importantes.quelle que soit la taxturs des sols, difficdltésd'exploitation das saux par ruissellement
B - Zone de drainage général plus ou moins efficace. cultures en pi anones systámatisáss. morphologie de glacis psu dsclivs. surfaces importan tas. taxtura des' sols sablo-argilauss I argil o-sablsuse
comme factaur limitant important du drainage
C - Zone de drainaga local plus ou moins sfficacs. cultures an piancnes plus ou moins a-TSC-icas salendéclivité locals
. morphologia composite (association ds toutas psntss;
. surfacss diversss
. taxtura dss sols comma factaur limitant ponctuel anassociation avsc les plages de psntss faiblas
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Fig. 3.13,
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Fig. 3.14.
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Figura 3.15
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Zaraç» d«9 psfim«tr*9 9«raibl«3 aux
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A - Zon» à« drttinaQB oénârat inexistant
. culturas en plar^haa ayatómatisMs
. morphologt» p^art»
. gturfacas irnportantaa
. qu«il« qu« soit la textura d«s sols, difficulbaa d'axportation des «auxpar fui ss«Marnent ou infiltration
B - Zona d« drainaga pénéral plus ou rroir.3 «fficaea
. culturas i\ piarrcitaa ay9t«m«tia««s
. mcrp*"«togv» «i9 9iaci9 psu óécliva
ourfacoa ni" por «scraps
. taKrtura dar» sels 9«to<oergi(«(js« à sargilo-8ableus9 ccmrrt^
faciauf liirpíitaní iifn^ortant du drairsaga
C - Zor« do drai-na»ga tocal plug ou moing officaca
. culturas an planches plua ou mains offactivcs ae4on la d^ciivitalocale
. morplTologie composite (association 09 tcub»s porrt<»«)
. surfaces diverses
, textura dea sols ccmmo factaur limitant porckjôi cr» ssoociation
avec les plaças de pentes feibl<ss
<^ Passage alluvial où la présence d'ursi véçalation ¡.Tipoftarrta poutêtre un factaur limitant à l'óccul®ment des oeua drainais
' Zonas ttl'^vialcs/
^I^^ Zorsss d'étarçs
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3.1.2.3. Détaction des inondations, fui tas ds barrags. st dsconaui ts
La cartographis dss surfaces inondéss a été réalisésdans la valles du Mississipi ((1) st figura 3.15) ouds 1' INDUS, par ccmparaison es scènes Landsat prisasavant st après la crus ; la methods est fondés sur lalocalisation des. anomalies de faible réflectance da.ns
les canaux 6 et 7, da.ns lesquels la réflexion de--lumière solaire est atténuée par l'eau ou les zonsshumidss. L'anomalie spectrale observée à une rémanencade l'ordre de 10. à 12 jours après la crue,, ca quiaugmenterait la probabilité d'observation par Landsatet aâ'torise ls constat des dcinnages (rupture deIsvéss, retenues d'eaux accidentai lss, délimitation dsla zone sinistrés) ainsi qus la cartographie de nouveauxchenaux du cours principal après passâga ds la crus.
L'accélération de la production de donnéss Landsat(repensa ds quslquss jours pour la cartographis ds lazone inondée) a permis d'améliorar l'organisation desinterventions d'urgenca sur le bassin. da 1' INDUS.
Si la princips ds catts méthode d'observation sa.T.bladonc fondé, son application sfficaca en Francs restaà démontrer. En un premier stade il faudra se limitarau constat de dégâts ou de situation ; une extrapolationvers un rtâle plus opérationnel pour l 'assista.nca auxinterventions d'urgenca ne peut être envisagée qu'avecun fonctionnement particulisr de la chaîne de productionde données. Dans tous les cas, l'échelle d'cfasarvationne pourra pas êtra supérieurs au 1/100. CCO.
Ultáriaurs.ment l'emploi d'un radar cartographique aéro¬porté qui .a la capacité d'observation tout tamps devraitêtre plus efficace pour las interventions d'urgenca.
Ls cas ds fuites ds conduites a été traita s.xpérime.nta-lement,par le CENG* (2) en liaison avec le GDTA surune fuite provoqués d'un canal d'alimentation en sau dala ville ds Marsaills (450.000 m3) . La signal infrarouga thermique recusilli a été affscté par la présencede la zona humide, dont la te.mpératura centrales au solétait infsrisurs à calls ds l'air.
Ca typs d'observations à grands échells (1/5. GGO à1/20.000) rslèvs surtout d'obsarvations repetitivas avscdss moysns aériens légsrs st d'emploi soupls (typeivion lâgsr '^u hslicoptàra) .
Communication de M. MQLLNARI lors ds notre visita au CEMG.
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Fig. I. Ntar-infrarcd (0.8- lo l.l-jiiii) vie*! from ERTS I laken before (lífi) and nfior (righi) the iprlng Wi flooding on Ihe MiísÍHÍppl River in the St. Louii tfci.A and 0 indicate llic connuenccs uf ihe Missouri and Missisùppi rivers und iht Illinois and KlitsiisippI rivcrt, rcspcclivfly:C indicates iicai of lignificant flooding.
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56
3.1.2.4. Inventaire dss surfacas d'aaux libres
n «st réalisabla très aiséir.s.nt par Landsat -, sn par-ticûlier^dans la bande 7, où la réf1e,xion sol airs surl'*au est très faible. La taille minimale des objetsdetectas au sol est ds l'ordre ds 10 pixsls soit 4 ha.La fiabilité du résultit obtenu par tâlédection estélevée.
Une formulation précisa du besoin réel sn catta matièrsâ fairs par un di alocua avsc les utilisateurs
' concernes, ca qui pennettrait en particulier ds choisirles périodes d'observation les plus adaptées au problsiniposé.
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3.1.3. Echancas d'sau â l'intarfaca air-sol
Aocnu, «liant«M»
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\'-i . -^ i" I t t^^iBs
Le» iaeteurs ditasriií-ir, «-.ims» : t'.. U \-it«*» du v-nî ; X,, a tîatpénturr ; C. au T», a «oneen-tracùn ta v9p«ur d'na ia » irtapéran:;: 4e ¡Mise de roMs ; R;;. '.s nvuancissct jisb:ii -, S^, I< nyo:^.s«ni*ae anno«9h«r:^i:e.
Le» paramiîtîs pcuer», à la mriict : i nH. '.** er»íiíi»nüi d'cîhanssit de ehaieur et dr m.-UM «sucs la -^t«na<s et le -.uvtati ;« ; t^j. r'h'iniidits poRccrais d'inuiiibrs i U r¿rÍ2«<! : «, "liït-io ; e. l'êsùiiivitstt (', ls fâe:ear l'ibjorsuoa du nyonnsssnt ittso^pd^nque.
' \ef p«raiR>t;s dt .-.rTSiacoa : /. Messies: iî ti'.snücr. da l'nu s la izriice ; /.. rébUscs i la di.^ssion«ntr» U proi'nndiur t\ :a icriacï.
' L^ iaetsQTS phN-îicus, onorss la «r;* ; '/.,. !a «snducuviîé ; . '.a ihaieue laassinaa ;î« U Jtajsc >pecjn^us -. vf, I'Suaiiai:, pocciraie.
' Lia iaraiîs d'<«-j¿isriT» . T.. !a -.imscrsfiTS it luríac: ;C au T, !a csncsneraiioa «n -rair'is d'eaa aata c«mp«rst-.tfs ss point ds ras** ds i'iir i 1* suriaca.
57
La figure 3.17 d'après (1) illustre les principales composantesde cet interface, dans le cas d'un sol sans couvert végétal.Elle montre également la complexité des échanges énergétiqueset hydriques qui transitent par la "peau" de la Terre, dans lecas de T evaporation.
En présence d'un couverl: végétal, la situation se compliqueencore, ces échanges hydriques et énergétiques étant moduléspar le végétal : effet de transpiration» la production totalede vapeur par la surface résultant de l'effet conjugué des deuxphénomènes cités ci -dessus est 1 ' êvapotranspi rati on .
La relation te,mporene entre le phénomène êvaporatoire et l'in¬filtration de l'eau dans le sol en conditions hydriques contrô¬lées est illustrée, dans la figure 3.18 d'après (2). L'influencedes facteurs climatiques externes sur 1 'evaporation de l'eaud'irrigations donnés dans la figura C, concsrns la tranche déci-raêtrique sous la surface ; au-delà de cette "limite", le transitde l'eau vers le bas," qui aboutit, â Ta- rsconstitution de la "res¬source souterraine,, a lieu à "travers, la zone ñon saturée- du solpar transferts' polyphasiqùes complexes..;
Pour la commodité de l'exposé, nous séparons donc selon caschéma, l'étude de l'évapotranspiration de celle de l'état hydriqidu sol .
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Figure 3.18
3.1.3.1. Evapotranspiration
Deux domaines thématiques : rasscurcas sn saux (icils sujst principal) et agronomis (dcmaine connsxs)s'intéressent donc I l'évapotranspiration mais avscdes préoccupations différantes : dans les dsux cascapsndant, ls phéncmè.ns sst ds grande impcrtanca.
1 . Çoraai_na_dss_ras scurcss_3n_saux
On traita ds l'évapotranspiration csndant la cyclab.ydroloçique (duras i annés) débutant lors ds la périoded'alimentation (septsmbra l août pour la Franca), st senutilisation ast orientés vers le bilan d'échangs d'aaudont ls pas ds tamps va décroissant du niveau intar-annusl , annus! â me.nsusl , décadaira et journal iar- Lspas d'aspaca, détarmins surtout par la dsnsita du résaauda mesura existant an moda caérationnel , ast sansible.men-i
59
plus large que celui de la parcelle. La nature desvariables contrôlées toujours tributaire des conditionsde réseau, est sensiblement limitée et ne permet engénéral d'accéder qu'à, un petit nombre des variablescitées dans la figure 3.17.
En conditions naturelles, et toujours avec cette for- _mulation de bilan, (3) on différencie dans le pas detemps considéré, l'évapotranspiration potentielle(E.T.P.), ou quantité d'eau qui serait vaporisée enfonction de la demande atmosphérique résultant du bilanénergétique de l'interface si la réserve en eau du solétait suffisante, et l'évapotranspiration réelle (E.T.R.)qui représente la quantité d'eau, inférieure à la précé¬dente effectivement vaporisée selon la disponibilité réel¬le en eau du sol.
Exemple de la formule de Turc pour E.T. P. mensuelle(in4.) utilisée en hydrogéologie :
ETRn = 0,40 -^-^ (Ig + 50) . (1 + 51^ )
t = température moyenne - hr = humidité relative -
Ig = Ig.A(0,18 + 0,62 -g-)
Ig = radiation solaire globale réelle
Ig A = radiation solaire -globale théorique sansatmosphère
h/H = insolation relative
Le passage de ETPm à ETRm se faisant à l'aide de lapluie (P) des périodes précédentes, emmagasinée dansle sol (réserve en eau facilement utilisable : R.F.U.).
Dans le domaine de l'hydrologie de surface, a étérécemment étalonnée la formule de BRUNT (5) au pasde temps décadaire sur le bassin hydrologique d'inves¬tigation de l'Orgeval géré par le CTGREF d'Antony ; lecontrôle des résultats de cette méthode de bilan
énergétique étant assuré au moyen d'une méthode debilan hydrique.
60
La rayonne.ment net RN calculé correspond à l'énargiedisponible pour l'évapotranspiration pota.ntislls.
RN = (l-a)Rg^ - T* (0,45 - 0,05 \ie) (0,10 + 0,90^4o )apport solaira '-é.mission tarrastra ^influença "atrios -
phérique
avec Rg = (0,18- + 0,62^''^°) RgA
Rg = rayonnement solaira glcbal - ^/ = ensoleillernsntralatif
RgA = théoriqus a = albedo du sol
e s tension de vapsur dans l'air, t = température del'air sans abri
La passage à ETR se faisant par conversion ds l'énergieradiative en vapeur d'sau équivalente :
-2 -1_ RN caT ca ^jT" cal en siL= chaleur latanta da vapori
sation de l'aau
Catts méthcce négligs 1'sffat de 1 'advection sur leséchanges hydriques. Las résultats obtenus sont jugéssatisfaisants dans les conditions d'emploi climatiquss stde pas de tamps (décadaire). L'introduction de l'effetd'advection dans catta methods. de calcul a été réalisés
par Tamploi d'un factaur correctif défini par ajusta-ment statistique a.ntra R.N., la bilan hydrique at levent.
En matièra ds ressourças en eaux, l 'évapotra.nspirationcontitue une grandeur de pra.miàrs impcrtanca cui asso¬ciés à l'humidité du sol, a un rôle de répartition dsla ras^ctirca da.ns tous Tas domaines de l'sau (fiauras3.19 1 et 2 d'apràs (5)).
Mais uns nouvelle tandanca visa I das résultats portantsur des pas de tamps journaliers ou décadaires, ca quirend nécassaira..une étude physique plus précisa des phé-ncmènes, avec pour corrolaira l 'étalîlissament da rela¬tions physiques entra les transferts "verticaux" entrala nappe, le sol, la surfaca et l'air près du sol.
LÍ~mcdÍTi'ML^QT"mTs"iü"poTñr~pir~Ti"HTñTsolri'di 1 'Agri¬culture israslisn, comports 4 réservoirs U, L, Q st C.La rssar/oir supsrficisl U reçoit la pluis st ast réduitpar l'ETP. Son nivsau étant limité à Ùî-lAX, si la quantitéda pluis tcmbés pendant la jcurnés ast supériaura auxpossibilités d'ar-magasinenreni: da ce résarvoir, l'axcèssst réparti dans les 3 réservoirs L, G at Q an fonctionde l'état ds niveau ds L. Far contrs, si l'état ds U sstinsuffisant peur subvanir à l'ET?, cn sffactus un- pcm-page dans le réservoir L.
Ls résarvoir L, de capacité LMAX, déborde dans la réser¬voir an cas d' excès at las dsux réservoirs G at Q sa vi-dangant diractament dans la rivière ;: figura 3.1S.1.
61
débordement
da U 3i U TJîiax
A ZTH si U
insuffi sas
A ST?
Répartition de l'excès ce pluie i&r.s L,Q eî Gen fonction da l'état de L.
débordemant ds, L
íoTaS g si L Ui&x '
Modèle MgP.O
(lO paramètres)
Figure 3.19.1. d'après (6)
62
f*T.ir o» ' 'i-r.r » f^M ,.'^ . -^ »; -, ..i«'iv r.r- ^vfT 7\ û As
^ frrti^M**
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Figura 3.19.2. d'apràs (6) .t. -X-ZZv-
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r.ss* íi^íiil-i
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1*1 «.^iifvnu) ;i><i«a 4« t*.;»!*»!*!» i:4 »<«».
Figure 3.2Q
63
2 . Domai n6_çonnexe_de__V agrongmi e
On ne considère l'évapotranspiration que pendant lecycle végétatif (printsmps à automne) à des pas de tempstrès courts (journée ou fraction) et dans l'espace, auniveau de la parcelle ou de l'unité de culture ; làaussi, il existe cependant une limitation pratique due.à la faible densité du réseau de mesure.
On définit E.T.P. (7) conme l'évapotranspiration d*unesurface de gazon disposant de toute la ressource en eaunécessaire, pour un climat et une échelle déterminée.Une bonne façon de connaître ETP consiste à mesurerl'évapotranspiration d'une parcelle de terrain arroséerégulièrement portant la culture utile. Dans ce cas, ladisponibilité en énergie est le facteur limitant del'évapotranspiration réelle, par 1' E.T.R. , c'est lesystème de liaison de l'eau'' qui constitue le facteurlimitant de L'évapotranspiration.
64
Dans le cas du m.aTs, la sécharsssa pendant une courtepériode ou phase critique (abssnca ds disponibilité ansau du sol) constitue un facteur limitant da la prcduc¬tion sn grain : figura 3.20. La formule de PEN.^'A.N sstfondés sur ls bilan d'échange radiatif et convectifentre l'aîniosphèrs st-la surfacs évaporante.
F'T.
E.T.P. = i .5îL^ ^ Ea Vtr r
J 1i
tanne tarme
radi actif convsctif
L a chaleur latanta d'évapor3.tion . de l'eau
Rn = rayonnement net (calculé selon la formule de BRUNT)
Ea = pouvoir évaporant da l'air :
Ea = erf - e) .f (V)
Y (V):- établi expérimentalement = 0,25 (1 + 0,4 N)
T a C "psycnrcmétrique
T = t" de l'air sous abri (K")
^ = C^ de Staphan-Soltsnann : 1,19 lO'^cal/cna/jour/'K
a = tension vapeur d'eau en Mb
e,, = tansion maximum d'eau â la t"w
Nf = vitesse moyenne du vent
advecti on
La comparaison E.T.P. journaliers (au sa.ns agronomi¬que) rayonnement net (R.N.) des figuras 3.21, 1, 2, 3,d'après (8) montrs une bonne coTncidenca sntrs ET? etRN dans le cas de journée à ta.mps couvert ; par contra,pour une journée à ciel clair, Ril devient sa.nsi blâmantsupérisur â E.T.P.
1 30 «/4/«3 / -1
evua. - / ^5 yu XS . /- 20 b» JClo jd..*
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o. 0^^l
5ta /' t 1 1 1*1 1 , 1il!
65
ciel couvsrt
10 20 40
NET RAOIATIOM EVAPORATION EQUIVAUSNT ( 0.001 t.SCH PES HOUR )
r»g. . Rdaiioashii-i of erapoUaaspimímn ir» ncÇ radiatîoa or a heavily ovcresst-\Iay. The
-3-.-21.1 , identiiVing aumbora intlicute the tisne at the end of each data hotir.
3.21.2
0 10 20 30 40
NET RA01A-10.S EVAPORATION âOUlVALÎNT ( O.OOl INCH PER riCUR )
Kelalion^hip of «vapotrarupiration to net raoiatino oq a partly overcast day. Tl\eideatifyio; nuRibers iadicate tb« tim'^ at the esd of «&ch data hour.
ciel clair
3.21.3
MET aAOi/.riCM ÎVA?0aAT10,-l EO-OIVALENT ( O.OOl INCH PES H0U.1 )
?.cla(>oasi'.!p e; evi?olr.-ir..«.pir.'\t:oa to net ri-iiivliac ca a clear ciay. T^i i-iiaUfy-.ajcurr.be.-s iidn-nic the íimií -Jt the «od of «ach daSa '.lou.-.
65
Cat écart est lié aux interactions de R.N. avec le tarms
advecti T particulièrament important dans la région demesure-: côte océanique.
Au niveau du bilan journalier et dans le cas défavora¬ble (ciel clair) E.T.P. représente 2/3 ds R.N. st dansls cas favorable (cisl couvert) E.T.P. vaut 9/10 de R.N.
A l'échelle région?! s, et pour des valeurs moyennes men¬suelles, rr?" = 1,125 ïï (d'après Priesley i Taylor (in 9)),l'écart" étant attribué â l'énergie advecti ve da grandséchelle.
Quelques tentatives d'e.mploi de la télédétaction pouK la me¬sure de l'évapotranspiration ont déjà été faita, lorsquele détecteur à balayage a permis d'accéder au spectrevisible et proche IR (0,3 à 3 um) , etâ l'infrarougelointain (8 I 14;jm), donc au oilan d'é.nsrgis ds surfaca,ou du moins aux termas ds ca bilan transmissiblss à tra¬
vers l'atmosphère non nuageuse (mais avec une atténua¬tion ou contribution + importanta de catta dernière).
En dehors de la fa.nêtra atTiOsphéricue de 8 à 14 ^um, cabilan ignora donc l'é.nergia de la bande spectrale de3 à 30 jjra dans laquelle l'atmosphère est quasimentopaque aux rayons élactromagnétiques. Il s'agirait doncd'un bilan imparfait dont l'intérêt persista capendant, difait de la limitation spatiale des réssaux de mesura ausol .
Par ailleurs cs bilan devra êtra corrigé de l'effst d'ad¬vection, par une nouvelle donnés sita.
1 - Résultats expérimentaux sur sita à partir de con-si aerations tneoricuas ccmoatioles avsc ia laié-
détac-çi on
Dans le cas d'un doublet agronomique : parcellehumide-sèche, sans couvert végétal, la relation linéaire'antra û^. = flux d'évapotranspiration st Ù.T diffé¬rence ds ts,mpératura da surfaca ds css parcel lss astvérifiés : (11) at figure 3.22.
10 V567
^ l^l
~.V-«
-^O'»
14.03.73
(0): A$L--<:3s7.AT5.!7.5
CocTiicicnî cc,-rc:c::ori' r = 0,85
Figurs 3.22
l-kï'^Jl^'-')
68
La bilan d'ênsrgis d'une surfaca s'écrira :
RNt2o + Îs-}-0L = o
avec : RN = rayonne-ment net
00 = densité de flux de chaleur dans le sol
0s = densité de iHux de chaleur sensible dansl'air
0L = densité de flux de chaleur latanta(evaporation) .
Dans la cas du doublet, on vérifie la relation expéri¬mentale : (figure 3.22.)
û 0L =-£3,7Z^Ts - 17,5pour un coefficisnt de corrélation r = 0,35 ; avec liéà l'advaction st variabls sslon la journés sn fonctionde la "résistance" de l'air.
Lss variations d' albedo : à. a, pour une même cultureétant négligées, callas de flux ds conduction dans lasol étant réduitas vsrs U hsurss T.U, la relation
A. 0L / û. Ts est jugée accaptable.
L'évolution de catta relation durant la jcurnés sstreportés dans la figurs 3.23 ; si le fait apparaîtral'influence da ù. 3o au début st à la fin de journés.
Dans la cas du couvsrt végétal, dss rachsrches ccmplé-mantairas paraisse.nt nécessaires pour reliar la tempé¬rature du couvert à la tampératura de surfaca mesuréspar tslêdétaction.
Une tails methods est surtout adaptés à la mssure dsflux à un instant donné pendant la période ensoleilléede chaque journée ; elle ne prend pas en compta la partienocturne de calle-ci et les sffsts de compensation quiseraient introduits par l'intermédiaire de 0o.
2 - Essais par tslédétscticn, â partir ds. considéra¬tions théoriques sur le rayonnement net, sans contrôlesur site :
Avsc un détsctsur multispsctral aércporté, une carta daflux de rayonnement net est obtenus (12) à partir dssmá.mss équations, mais sans contrôla sur si ts,sn prenant ancompta l'énargis sntrants du visibls, calle rés,miss snthermiqus.
-<yuj.vy.fn--;
H vaX69
AOLmecure C3.E.)
XX : AÔL = /£Cç + 4o-Ts2U73^ Ta' r
I
IV i2 iO ;o o -f7
K
Figure- 3-. 23.
70
Les limitations da la methods smployés sont discutéss :transmission atnosphériqus, réflsxion lanbsrtienne, in¬fluence de 1 'advection.
La contaxta da 1 'application n'est donc pas envisagéi ci .
Dans la même contaxta, citons las travaux de RASCHKE
(13) sur le bilan radiatif ,fondes sur Tamploi à desfins météorologiquss, ds donnéss de satsUita, psndantune période de 1 an.
3 - Expérisncas réaliséss par télédétaction avscconaitions cs sites connuss
1) Cas d'un doublât agronomique (14)
L'emploi coordonné du modèle de Jensan-Haiseet d'un détactaur visible et thermique embarqué surSkylab permst de :
1") - définir la flux da vapeur maximal . (sol saturéou E.T.R.) et minimal .. (sol le plus ssc ou E.T.P.)
2*) - définir las températures de surfaca corrsspondañ-tas et de 'graduer ies écarts ds tampératura entarme d'écart da flux de vapeur (an 4- niveaux).
E.T.P. = (0,025T -r 0,G3) . RS
'1 Of "1mm.. mm. t. air ran. min.
Si RS - hauteur d'aau évaporés équi val anta à la radia¬tion solaire netta.
Cat1:a méthode dont las résultats sont intéressants, sst
surtout utili sabla pour la mesure instantannés st dsjour du fiux d'évapotranspiration ; la msillsur mansntde mssure se situant à raidi conformémant aux observations
de .HIER â PE.RRIER (U).
2) Cas d'un bassin versant hydrologicus (15)
Avsc lss hypcthèsss da très bonne transmissionaunosphéricus at abssnca da nuaçs, ds vsnt faibla à nul(advection limités), le cyclaçs énargétiqua journaliardss sols sst masure simultanément par télédétection asro-spatiala at sur sits (figurs 3,24).
CYCLA6E THERMIQUE DES SOLS, BILAN RADIATIF DE SURFACE ET TELEDETECTION -ORGE VAL - 1976
- Chronogrophe des 4 passoges avion ( I R + MSS - VIS + PHOTO)
H, Hg H3 H 4u
I O'
R<y /
A
R
4
PARCELLE OE OOISSY- le - CHATEL -Thermogronime do v
Air sous abri
Radiomatrique ) surfacedu
T))ermomiiinqoe lot
lernp^. heure} locóles ( T
6 9 12 16
6-7-1976
I
20 24
Figure 3.24
6 12
7-7-1976
T
IG
f-
;îo.. . j._
24
72
Las méthodss de mesura sur site (SRUNT) et par télédé¬taction (bilan d'énergie radiative) du rayonnement netjournalier étant ids.ntiquss, on obtisnt dss résultatsvoisins. On montrs par ailleurs l'influence relativedes différa.nts paramètres (transmission atmosphériquealbedo, ...), sur la sensibilité du modèle ; pourchacun d'eux, elle se situe dans la marge de 10 à 20 *,du résultat journalier.
Lorsque Ton corrige les données site de l 'advection ' .par ajustement statistique, les résultats sont plusdivergents, ce qui confirme la nécessité de cas mesures.
Télédétection Site
Rayonnement net journalier enlan» d'eau équivalente 4,5 4,3
E.T.R. sn mm.J" 3,2(ajustement statistiqus,advsction)
L'é.nergis disponibls résultante du bilan radiatif esthomogène à une E.T.R. dans la mesure où elle est modulésen fonction ds la disponibilité réelle en eau du sol, caqui ast le cas ici . ' .
A chacune des saisons caractéristiques du cycla hydrolc¬giqua sst réalisé un cyclags énergétique des sols, da.nsl'expérimentation an cours.
sÍtuatiqn_hvdrolocÍGua :- Eté 1975 (1* essais) étl'hûmîdi- Eté 1975 cyclaçe canplet été très sec- Printemps IS?? sol au maximum da capa
cité en sau
- Automne 1977 sol à capacité an eauréduita par utilisationda la rsssrve (cyclevégétatif."; evaporation)
La méthode préliminaire d'interprétation des donnéesparaît adaptée au travail par bilans journaliers.
En conclusion
La mesure da l 'êvapotranspi rati en par télédêta-cticn, degrande importance sn hydrologie et dans ls domains con¬nsxs ds l'agroncmis, fait l'cbjat d'axpérimantatians sys¬tématiques .'Ces résultats plus étayés sont attendus dansles 2 années prochainss, sn particulisr sn Francs, avecles programmss'd'sxDérimentations snaagés dapuis 1S75(G.D.T.A.) et an 1973 avec la satallita H. CM.M.
73
3.1.3.2. Etat hydrique du sol
L'état hydrique du sol est étroitement associé à l'éva¬potranspiration (cf. 3.1.3.). Les travaux réalisés partélédétection ont été classés, selon la bande spectraledans laquelle l'humidité du sol a été examinée.
1) relations avec l'albédo2) relations avec la température et l'inertie thermique
des sols
3) relations avec les hyperfréquences
1. Albedo et humidité du sol
La relation inverse entre l'humidité de surface du sol
et la réflectance (fig. 3.1.), a été vérifiée expéri¬mentalement sur site à différentes saisons (1) et pourl'albédo de sol dont l'épaisseur croit de 0,2 à 10 cm.La gamnse d* albedo observée variant de 0,15 à 0,30 pourune humidité volumique -de 0,02 à 0,28 (figure 3.25.1).
La variation d' albedo ne concerne donc plus uniquementla surface du sol, mais une faible gamme de son épais¬seur, ce qui pourrait expliquer l'effet de rémanenceobservé quelques jours après de fortes précipitations(cf. 3.1.1.) où une crue (c"f- 3.1.2.) est serait parti¬culièrement sensible dans les terrains argileux I faibleperméabilité (2). Une relation identique est vérifiéeavec les données du satellite mëtéorolique ITOS (3)(fig. 3.25.2.).
Température inertie thermique, bilan d'énergielumidité du sol
Tempe
Une relation entre la différence de température(surface dusol - air) et l'humidité du sol (limoneux)a été établie expérimentalement (4) sur parcelle de solnu, pendant des cycles journaliers à ciel clair suivantune période d'irrigation et de dessèchement, fig. 3. 25.1.Cette relation semble surtout valable pour de très fai¬bles épaisseurs de ce sol (fig. 3.25.2).
Cette méthode d'évaluation de l'humidité suppose queTon connaisse la nature du sol nu.
Lorsque le type du sol n'est pas connu, la températurepermet d'accéder non pas à l'humidité, mais au potentielde pression de vapeur d'eau (fig. 3.27.1.) ; la relationentre cette variable et l'humidité volumique pour chacunde ces sols étant donné par la figure 3.27.2..
JO -* .es jî .1» :o : is ¡z 04 <; \i i» îo î* a .«
'/CLUWiT-îlC WATîR COMTEHT
Fig. 3 . 25 .1 ^^oíiRaiiisd aibedo vj averaj* voiumstrc *-atîT conlenc ef e«Ht diSerer-tMil !a>-íñ bAvir.; ;hi iurtacs ai iSiîf v^iucf bouaUary : .««lui lircies, May; ap^n rireiis,li¿-/", trdav-^ >:cytenib«r; yitiar», D<csaic<r.
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Fia. 3.23.
77
L'influence de la profondeur de l'eau durant un cyclediurne, sur la température de surface (ou plutôtT énergie émise) a été vérifiée expérimentalement((5) et figure 3.28) pour des profondeurs d'eau supé¬rieures à 1 m. Le fait que la température de surface àmidi augmente avec la profondeur de l'eau, laisse sup¬poser qu'un flux êvaporatoire vient refroidir cettesurface .
Ce résultat expérimental est précisé par considérationsthéoriques (6).
{"Le modèle de Rosema est à notre connaissance le seul
qui prenne en compte les transferts d'humidité (Rosema,1974 et 1975). Les quatre équations de transfert dechaleur (portant sur la température) et d'humidité(portant sur le potentiel) dans le sol (supposé homo¬gène) et dans la couche limite sont simultanément réso¬lues par une méthode numérique de différences finiesen Imposant comme condition aux limites à la surface dusol la conservation de l'énergie et de la masse d'eau.Cette résolution demande pour le sol la connaissance despropriétés thermiques et de leur dépendance avec l'humi¬dité, des conductivités hydrauliques à potentiel cons¬tant et à température constante, de la capacité en eau.Pour la couche limite de l'atmosphère, on suit le modèleturbulent semi empirique de Monin et Qbukhov (1954).Pour le gain radiatif net on utilise des valeurs 'expé¬rimentales, sauf en cas de ciel clair. En dehors desproblèmes de convergence et ;le stabilité que peut poserla résolution numérique, l'incertitude dans la connais¬sance de chacun des paramètres rend le résultat finalapproximatif. Il est par ailleurs rare de connaîtretous les paramètres nécessaires ce qui limite les appli¬cations de ca models. Le Niwars a étudié un autre modèle
(Soer, 1977) généralisant au cas d'un couvert végétal lemodèle précédent qui ne s'applique qu'aux sols nus".
Sur la figure 3.29.1., produite par ce modèle et aucours d'un cycle diurne, l'influence du niveau d'eauâ 25 on de profondeur sur la température de surface,est sensiblement différente vers 13 h, de celle enregis¬trée lorsque le niveau d'eau est à 50 cm ou 100- cm. Laprofondeur limite de sensibilité par thermique de surfacese situant entre ces 25 et 50 cm de profondeur, pour lesconditions définies dans le modèle. De la même façon, uncontraste > à 8" centigrades est observé entre lessurfaces d'un sable limoneux et d'une argile lorsque lanappe est à plus de 50 cm de profondeur, ce contrasteest atténué â S'C, lorsque la nappe est à une profondeurde 25 cm (figure 3,29.2.).
* Extrait du rapport de A. Tabbagh à TOP IT.
78
Figi' 3.29.1 O-îiiy ccursa of rha surfaca tsr-ier-a-^iira cf 'sar.dy Losx.'díífaranz das-.hs or -he suiaail va-;sr is'/'ci
i.oa « .
:or -iTT?*
î"ir.- 3. 25. 2 -- coursa of -rhr» sui'faca -aiT-s^ra-ura ccn's-ar.ciy ioa.T,' î.-.ù'biôin clsy' (7,' , -T ^ ) fcr vari=u3 i
leva- - * '^- "^«^^
79
En conclusion sur ce sujet, des expérimentations pré¬liminaires et des modélisations + complètes, montrentque le signal thermique seul ou intégré dans un biland'énergie, peut fournir une information utile pourconnaître la teneur en eau ou le pot'entiel de vapeurd'eau du sol .
Les relations établies paraissent encore trop discor¬dantes pour que la fiabilité des modèles soit accep¬table et des expérimentations conjointes sur site etpar télédétection devraient être réalisées pour vérifierla validité des modèles existants, qui, actuellement,seraient théoriquement aptes à séparer des sols de na¬ture ou capacité hydrique différentes (épaisseur : dm).
3 - Hyperférences , radiofréquences et humidité du sol
Trois raisons convergentes justifient l'intérêt deshydrologues pour les détsctsurs à hyperfréqusnces :
1) La capacité d'observation tous temps autorisée parla quasi transparence atmosphérique dans ces bandesde fréquence, garantie d'observations périodiquesfiables indispensables dans le domaine de l'eau.
2) L'accès à la constante diélectrique du milieu dontles variations sont sensiblement dépendantes de lateneur en eau.
3) La nécessité de pénétration directe dans le milieu,sur une distance supérieure à celle atteinte dansles bandes visible et infra rouge.
Les essais préliminaires de laboratoire sur échantillonsavaient confirmé la relation entra l'humidité du sol et
le signal perçu aussi bien avec un détecteur actif :figure 3.30 (7) qu'avec un détecteur passif : figure 3.3.
La pénétration convertie en profondeur d'atténuation nor¬malisés du signal sntrant st ds forme sxponentiellevaut 1_ (soit 0,37). La figure 3.31 montre sa décrois-
i"sanee avec l'humidité et l'intérêt des grandes longueursd'onde pour obtenir une grande pénétration.
Si les essais de détecteur aéroportés (en passif par Ae¬rojet General , en actif par Waite(3)) et sur satellite (actif et passif sur SKYUB S 193 et 194(9)) ont confirmél'intérêt de cette méthcde,ils n'ont conduit qu'à des ré¬sultats très qualitatifs ; ils ont eu pas ai Heurs, le mé¬rite de préparsr une phase d'expérimentation sur sitemenée essentiellement aux U.S.A. avec des détecteurs mul¬
ti fréquentiel -actif (Université de Kansas) et passif
SO
s u ' u a a » a at
^itnri -'Aeiilurt Cjnwnt SfWñAl
Fig. 3.30,- Pn^er reflw.ion oowincient m fiincflon i-f .«oQ moitwirs attioret»! meidiMirs îoa*-! oi\ (iiei««ric .-DOstint <iai,-» fmtn Wl-ó»ilOI).
0,20
un
ssO
0.16 L
0.12
^ 0.03
Q.04
0.00
1.4 GHz
Ears
liriifcrin Roughness
c::S^: 331
rms ^surfaca , 5 J^O^^-^height C^^] ^' ^ \
Q Smcoch CCS) -i ^ -2feSL>.
a >!edi'ja (G-O
A Kcugh (d)
\^ IQ.
1.0
Horizontal Monralired .ir.ca.nr.* 2 T"^;^^» "^^ "**'" i"
-.0^Sr )
-3.33. Der.or.5-rs.- ion of "hs saparibilic/ a£ 1.4 GHi antsn.-î ce-çar:aeasursmancs i.i-o soil moisture a.T;'. surfacs rou5:A.n.e3j clais
SI
30 T
Gila Sand/ Loar*
co
a
S 10 15
Percent Soil -Mois ture
Figure 3.31. Effect oor soil.
f fraoueac/ on the s kir: depth
82
(Université de Texas) dont les principaux résultatsthéoriquss et expérimentaux sont actuellement connus.La dévelooce.risnt arcchain de détsctsurs adaptés â ca
tvce d'ob.iectif est à prévoir, compta tsnu de Tim-portancs accordés à la connaissanca spatial i ses deThumidité du sol par les utilisateurs américains desdomaines des ressourças sn saux et agricoles.
En_passif
L'emploi ccmbinê dss observations en polarisation croi¬sée i 1,4 GHZ a 21,5 on, pour des angles particuliers,a permis de définir un diagraiTsiie donna.nt l'humidité dusol en 5 niveaux dans la gamme de 10 a 35 i avec cor¬rection de l'effet da rugosité du sol (figure 3.33d»af>rêô (9»,
La signal émis par le sol n'est pas affecté par la ^iré-sanca de plantations dont la hautaur est <! 1,25 m,pour un détecteur à 21,5 en, alors qu'il est "brouillé"par un détactaur â 2,3 cm.
La nécessité d'une observation multifráquentiella sejustifie pour accéder par une pé.nétration di ffIre.nti al -le dans le cas du sol nu, â un indica d'humiditépour deux épaisseurs de sol. Par ai 11 surs, l'humiditéenregistrée an hypsrfrsqusnce sst associés au pctantielde succion "matrio potsntisl", utilisé dans les modelashydrologiques d'infiltration ou an agronomie, laquellesst indépendante du typa de sol.
En^actif
Las résultats d'expérimentation sur plusisurs sitastels que ceux de la figure 3.34 (10) permettant d'accé¬der à 4 classes d'humidité du sol avec une réussi ta de
83 5,dans la bande 4,7 ghz (5,5 cm).
Le dêveloppenent d'un système aéroporté, optimise surcas résultats sst an cours ; capendant la nécessité
dMntégrer cas résultats dans des modelas hydrologiqussd'infiltration est apparus pour a.xpliqusr l'évolutionhydriqus plus profonde, dans la mesura ou la pénétra¬tion effective ¡nesurss sst de 0,1 à 0,3 >\ (11).
La bssoin de pénétration plus profonds dans la sol psutêtra couvert avsc das détactaurs à onde ce tri qus dontls développement ast actuallsmsnt antrspris.
Css expérimentations sur sita de ca type sont an courssn France dspuis 1977 y compris avsc das radars métri¬ques (en 1973) .
83
ff»
10*
SO"
Polarization HH
Frequency 4. 7 GHz
incidence Angle40"
50»
60»
7C»
PoUrization W
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.0 ai 0.2 0.3 0.4
Effective Moisture Content a^^ in Cramç per cm^
Fig. 3 . 34 . Scati«ring coetficieni aj a function of effective moisture cont'e'nt. F:«raency i* -1.7 GHz.
84-
CONCLUSION : Intérêt ds la télédétection pour la gestion des ressourcss sneau au mvsau du sol
Pour la Francs (22 stations) un bulletin de situation et prévisionshydrologiques (10) fournit le rapport des précipitations efficaces de l'an¬née en cours (09/76 â 05/77) â celles de la moyenne intarannualla (09/46 â08/76) figure 3.35.1. ^
Le calcul reposée sur des bilans mensuels faits avec la formulede Turc pour E.T.P. La figure 3.35.1. fournit pour la raê.me période la répar¬tition spatiale des différents termes "utiles" du bilan hydrologique debassin, par l'introduction de paramètres propres au sol (infiltration, ruis-sellesnent) qui, dans l'état actuel des méthodes opérationnelles, restentqualitatifs et pourraient êtra précisés par télédétaction.
Pour des pas de ta-mps journaliers, ca type d'information est utilsâ Téchslle d'un terrain, pour modulsr la quantité d'sau d'irrigation dascultures ou pour prévoir ls moment du début d'irrigation, La calcul ds bilanpar Ta ¡néthode de Thor nthwaita, est effectué pour un petit nombre da sta¬tions.'. La réserve hydrique du sol est fixés arbitrai rt-T^ent I iCQ wn {?FU)sans introduira la variabilité spatiale associés à la nature ou T épaisseurdes sols .(exemple : figure 3.36).
n semble par ailleurs que la R.F.U. constitue un paramètre essentielpour l'équipement économiquement rentable en système d'irrigation pour laproduction du naTs, si Ton se référa à Tétuds (12) :
r^er/^ uttle du sol rsatabililté
< 50 TOI bonne
50 à 75 mm dépend du climat des annéessuccédant â T équi panent
> 75 mm peu justifiéey
Dans la mesure où les- méthodes de télédétection par bilan énergétique(échéance de résultats utilisables i à 2 ans) ou par hyperfréquence (à pluslong tarme) pennettant d'accédsr a ca paramètre dans une gamme d'épaisssurmétrique , sTiss ssront cartains.ment très utiles pour la gsstion des rasscur-
en eaux ; par exempls, pour moduler lss prélèvensnts par irrigation ouévalusr l'infiltration vers la nappe et Técoulaiwant hypodermique.
f^»C- 3.35.1
Rapport dss precipitations efficaces ssptambra 1973 -mai Î977 û la normale
(moyennes septembra 1946 -août Î97S )
85
Zona4 où .\aa pluias affieacas ont it4 :
infórieuraa à lo moyartna
{ [ da I â 2 fois supiriaures d lo moyann«
H I H da 2 43 fol
{ \ ' plua d» 3 fols
y
30 IOO ISO ZCO km
O Posras pottr lesquels on o utilisa des ETP moyennes mansuellea calculâss au mêma posra
o Postas pour lesquels en o utilise des ETP moyennes mensuelles calculons o un posta voisin
Ma: La :onolit« reoressnrâa n'a pas da valeur d'intarpotaiion. Elle vise sautamsnr à faciliter
la vl-uaii5o(ion da la distribution ;^04;raphiqua des données poncruallaa
w ««w c t
Precipiíaíions- afficocas da sapiambra I97S à, mai I^7T ( inclus") en mm86
Partage daa précipitations a-f-fîcacsa
Infiitratton prépantíárant». alimentation dir«c:s da '
negóos sauisrrainas u(il>sabÍB4 e( regulamos dss
cours cfeau.
0 i^-V',t-'-
Infiltration «t ruissellement en B'oqortiona variabi-
seion la Oistributian saisonnière css 3r><:pi(3;ian
alimentation za naoces soutsrrsio»^ Iocshîs
lament uciiisaOies at raçuiatricss des cours d'sau
IntVitrarion vns yaçcndersnta. 3iMTi«nta(ton d'jcuiftrss
xarstiquas ¡n<i^al«m«nt r^uiatsurs dss ccurs d'eau. H'iiuissauamanr tsujours srapondàfsnt.
I ^ ^'1 Ocmaineoù !a rrajorné dea sráciaitaticna est nsiçsusa^ 1 -'^i (aUituda ICCO m) où las préctoifations efficaces
»nt donc conduiornéís par Isa i9(T!c.ír3ture3 sstivaia»
lactKur de fono de r!«iga.
Postes oour lesquïis on q iiiiuss -»s ¿ *? ..lO-'^srutaa.- ..-.«niuuilai. idcuiifs au .-níme ;oife
Il 3...». .,n \i.n'.*ii en n u.>i)is4 dss S7? fnoy^nries mansuil'e* íslcul-ies <i «n ;osf^ ycmn
87
Figure 3.36.
=*E5srrE2Ei
83
Dans le domaine connexe de la production végétale, enfin, la donnéehumidité du sol figuT^ dans les modèles de prévisions da récolta.
3.1.3.3.' Irrigation at drainage
Irriaation " . -. . r . ..
L'inventaire par télédétection aérisnns" des parcellesirriguées a êtâ réalisée par l'Agence financière debassin Loire - Bretagne sur une surfaca équivalente àplusieurs départements (figure 3.37)-,à partir de -photo¬graph les aériennes au 1/30. QQO sur emulsion sensible dansle proche IR.
Extrait des principales conclusions (1) :
La travail de ccmparaison n'étant pas encore tannine, lespremières conclusions peuvent être tirées :
- Recherche des parcelles irriguées
Sur lss trois communes, T interprétation des clichés IRdonne 361 hectares alors que la contrais au' sol (tous lestaatins) n'en a décalé que 172 hectares.
Les résultats sont donc plus complets avec la photo-interprétation qu'avec le contrôle sur le tarrain saufâ affectar du personnel en permanence jour at nuit.
- Détaction des espèces irriguées
9S % des sspècas sont déterminées d'a->ràs clichés IRC au1/13 QQOême. Il ssmbla d'aillsurs que Téchells puisseêtre diminuée jusqu'au 1/20 QCQsms sans conséque.nca gravedans la précision des résultats.
- Rémanenca de T information irrigation
. La rémanence de l'irrigation sur sol nu ou très fai¬blement couvert ne dépasse guère 4- jours.
. La rémanenca de T irrigation sur la végétation peutdépasser une sa.maine jusqu'à' 14 jours.
. La rémanenca de l'irrigation sur la végétation astplus importanta an sol lourd à forta réserve utile.
- Comparaison das intarprétations sn IRC et ÎR.^
Las comparaisons sont sn cours, pour tenir compta del'échelle différants st du parcallaira.
Mj«r.ce de Baseln "Lolre-Dretauna'TELEDETECTION ÏIWIGANT6
(Photos aériennes)
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^^ii^^r\ ...r'*>".....M.,,i
Ldgonda
Zones couvertes en 1^75 pour l'Inventaire Forestier National
Zones à couvrir prévues en 1976
"Mi¡>i' y\
^ Zones couvertes en 1976
Figure '3.37
"''...//.iiutfloui-e
00U3
90
"Parspsctivss
L^cpération de- "tsládétactica" réalisée sn 1975^a confirméla possibilité ds recherchsr st d'idsntifisr Tss parcallesirriguées dans de bonnes conditions. Capendant, la coûtde la méthode est en relation directa avec Timportancade la surfaca â exploiter pour localiser une parcallei rri guèe .
n est donc particulièrement intéressant de rechercherdes critères objectifs parmettant de limiter la zonejusticiable d'une photo interprétation.
Dans cetta perspective et compte tenu du rythme da crois-sanca des surfacas irriguées, on peut s'interroger surla possibilité d'utiliser das i maces en orovenanca dusatallite Landsat II ou misux de scanners embarqués ibord d'ayicn dont le pouvoir de résûlation au sol seraitde trois mètres au lieu de 70 travaillant sur dix canau.x
pour circonscrire les zones irriguées. Ces recherchessont an cours st devrai snt permettra de répandra à cattequestion au début de 197S".
Cette perspsctive paraît d^aillaurs realista, car pardes classifications de données multi spectral es avion stLandsat, on avait obtenu ca type de -résultats dans lecas des périmètres irrigués de la Crau (2). Mê.Tie si lemoment de prise d'information (hiver) n'était pas leplus favorable. Dans ca cas, la proble.me de l'utilité dela methods ne se posa pas, puisqu'slls sst dirsctamsntsupervisés par un utilisataur. Par ailleurs, la rapportcoût - afficacitâ sambls favorabla pour la télédétaction.
On rappslsra ici qiie catta opé.^-ation s'inscrit dans lscadre d'une gestion intégrés da la ressource sn eau.
Orainace
La détection des réseaux agricoles de drainaga a étéréalisée dans le cadre de l'expérimentation intégrée surle bassin hydrologique de TQrgaval, entreprise dès 1975par le CTGREF at la GDTA <3).
La meillsure periods d'obsar/ation sa situe au printamos(forta humidité du sol) les é.mulsions IRC st panchromati¬que sont favorablss, sslon la saison ; ls vol à basssaltitude (l.QQO m) est indispensaols.
s par TAgsnca financià.'-e da bassin Loira-Sratacns,
LA CRAU 1,250 km '.S Classas
91
Classa
RELATION CLASSE?«JBJcT
f-iATU«E 1 TYPE Oc 3PECT-=.£1 1
1 - terrain nu - Oruns labouras - terrain nu
2- - chênes verts - végétation rroysnne
-
- Prairie irrigués drue - forts activité chlorophyllie¬ns
4- Coussoul à herbacées sèches
peu denses
- végétation faiblement activaiet sol nu
5- Graminées naturelles petites
ou blé au début de pousse
- activité chlorophylliennefaible-
1 ^' - terrain nu labouré marron - terrain nu
1
7- graminées denses sur Coussoul
et phragmitais narran clair
- végétation faiblement activeet sol nu
8" culture à faible densité
coupáe : luzerne
- végétation avec sol nu
9- Ombres sur végétation active - végétation active
1
10- prairie irriguée très drue
(3 composants )- forte activité chlorcphyl-lienne
U- Marais à phragmites verdâ-tres
- végétation peu active etmélangée
12- Terrain nu labouré marron
clair
- 'terrain nu , .
1 ^^ - marais phragmites bruns - végétation peu active
.1 H - luzerne - blé hiver
prairie fauchée
- végétation moyenne
15 - effectif non classa
bordures de la zone -maisons
1- absence
Tableau 3.1.
92
La cartographis dss drains d'un bassin de 10 km2 sstan ccurs ; (figure 3.38). L'accès è l'information (drainenterré à 1 m) se fait par T'intarmêdiaire da plusieurscritères : couleur du sol, der^sité da la végétation,huaidita...
Cetta cartographie sst surtoirc utile â des fiñs_ hydrauli¬ques, car le régime das ruisseaux qui drainant ls pla¬teau de Brie est sensibls.'cent influsncs par Timplanta-tion assez généralisée de ces drains ; or, catta carto¬graphie est très mal réalisée par enquêta au sol.
En agHculture, ce résaau de drainage agit sur laR.F.ij. du sol et peut avoir en périoda da sécherassaun effet négatif (drainage axcassif).
Z.IA. Ressourça en eau souta.-raine
Du fait da la pénétration limitée dans la sol dss méthodes detélédétaction utilisables dans les prochaines années, on nepourra accéder qu'aux mani fas ta tiens hydriques de surfaca cusub-surfaca qui intéressent assantiallsnent las nappes super¬ficielles et noiiamrcent leur alime.ntation :
- Tinfiltration efficacs
- las irrigations
Par l'intarmédiaira de critères indiraciis, il samóle possibleparfois d'accéder l une information piézométriques de sub-surfacaqui concerne une épaissaur très supériaura â la pénétration théo¬rique directa de l'ordre E.M. captée :
- conditions particulières d'écosystème végétal an équilibra avscla nappe sous-jacente
- conditions t.hsraiques particulières
Par ailleurs des manifestations localisées dans Taspaca ontaussi une importance pour définir certaines limitas variablesdans le temps de systara aquifère ou certaines zones - favorablssi Timplaniration d'ouvragés de captage.
- faillas
- Imergenca, sources- râsurgencas an saux libres
Enfin, cn s'intaressera â Taspsct régional de csrtains tarrainsqui, traditionnsllsment, posant dss problèmes d'sxploitaticn dalà res3ourca(au niveau ds la prcpsaction surtout) :
- karst
- zones de sccla
- zones alluvialss
- altérations
S4
3,1.4.1. Alime.ntation dss napeas : pluis sfficaca st irrigation-
L'étude physique das transferts de flux hydrique sténergétique â travers la zone non saturée au-dassus desaquifères souterrains a fait l'objet da travaux mét.hodo-
"' logiques durant le 6è.me plan.
En 1977 et 1978* : "
.de cas études est ce réaliser des modèlesde prévision et de gastion des nappes d'aau souterrainei Têchelle régionale permeirtant "de prendre en comptele mieux possible, las alimentations des nappes superfi¬cielles par les apports de surface (pluis, irrigation).Cas modelas pennettant d'aaséliorar la prévision dss ccn-séqueocïs ¿a soiificatioiaâ artificielles des conditionsaux limitas (accroissèment des prélèvements par pompage.,.ou naturelles (sécheresses prolongées ...) sur le comçor-tament das aquifères.
Las travaux csmportaront daux aspects campTé.mentai res :
1.- Interprétation oar formulas classiques
. comparaison des différentes formulas pour. .le cal¬cul' des évapotranspirations potantiallsi at réallss,avec calage des para.mètras utilisés par les diffé¬rents concepts simplificateurs : RFü, retard à lapercolation, pluie efficace ...
2 - Mise au point d'un mcdêla détaminista couplé (saturé-non saturé-évapcûranspiracTon)
Le milieu non saturé sara schématisé par une sériade raodèles verticaux indépendants lss u.ns cas autres,ca qui conduit l tenir pour nagligaablas lss écha.nçashorizontaux dans le milieu. non saturé, hypothèseparfaitaraent justifiée à l'échelle où l'on travailla.
La plus grande difficulté de l'édifice global proviendra .de la condition à la limita supériaure : liaison antraconditions climatiquss st de végétation st models dumilieu non saturé- Plusieurs types de condition pourrontêtra tastes : dapuis U condition ds flux imposé résul¬tant ds la difference antra las apports de surfaca et uneestimation de l'évapotranspiration réelle, la conditionmixta liant la flux l la succion au nivsau dss narinss,
Communiqué par M. 3GMMET i J.P. SAUTY lors de nctra visita au départamanthydrolcgiqua du 3RG'l.
95
y
par exemple les formulations proposées par P.E. Rijtéma. Cette dernière condition implique la mise en oeuvre
à chaque pas de temps d'un processus de calcul itératif.
Ces recherches devraient permettre de préciser :
- d'une part, le type de modèle détsrrainists le plusapte à simuler l'ensemble des écoulements dans leszones saturées et non saturées ;
-^d'autre part, de porter un jugement sur l'applicationdes formules classiques à Têchelle régionale."
Ce document réalisé à des fins thématiques d'hydrologieet dans un contexte indépendant de la télédétection,fait pourtant apparaître des convergences très nettesavec des points traités ci-dessus ,:
- pluie (cf. 3.1.1.1.)- irrigations (cf. 3.1.3.3.)- R.F.U. (cf. 3.1.3.2.)- conditions climatiques (évapotranspiration, végétationet modèle du milieu non saturé)
La liaison entre l'évolution temporalis de la pressiond'une nappe superficielle et la pression enregistréedans le sol par des tensiomètres disposés verticalement-en flûta de Pan' est illustrée par la figure 3.39d'après (2).
Malgré les innovations 'apportées par les méthodes citéesci-dessus, la limitation spatiale des systèmes d'obser¬vation du domaine de Teau demeure, et il y a semble-t-ildans ce cas, un contexte favorable à l'essai ds la télê¬détsction, dans les conditions d'expérimentation quirestent à définir (localisation de l'aquifére, périodeet durée d'observation).
Dans le cas particulier des irrigations, on sait Tim-portance croissante qu'elles prennent en agriculture. Onrappelera (cf. 1.3.1.) que la consom.mation nette d'eauest de 70 % dans ce cas, dont en fait une part impor¬tante sert à la réalimentation de la nappe d'où elle estsouvent extraite j-ss surfaces intéressées sont certaine¬
ment importantes si on en juge par la figure 3.37. Parailleurs Timportanca du volume d'alimentation par lesirrigations a été évaluée, dans le cas de la Crau(Bouches du Rhône), au 2/3 de la ressource annuelle (3).
Les possibilités de la télédétection dans ce dcmaine ontété évoquées au paragraphe 3.1.3.3. pour ce qui est del'identification des parcelles irriguées et donc de lalocalisation ds la dsmande en eau.
96
I
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i 1 1 . 1 : -i ! t : i i : 1 : 1 . 1 1 h-h-h-r1 : 1 ! iii 1 i ! 1 t i - ! ! ; ! 1 l ! 
97
Pour la connaissance de l'alimentation des nappes(offre ou ressource), il faudrait évaluer la quantitéd'eau distribuée : dans le cas d'irrigations par canauxavec une source unique définie à partir d'un "droitd'eau", cette évaluation paraît simple a priori ; lasituation est plus complexe dans le cas d'irrigationpar aspersion, avec pompages particuliers dispersés.
En ce qui concerne la pluie efficace, on se reporteraaux paragraphes : Eau de l'interface au sol (3.1.3.) etaux figures 3.35.1 et 2.
3.1.4.2. Informations utiles pour la piêzométrie des nappes
Bien que la pénétration "directe" autorisée actuellementpar les ondes électromagnétiques visible et thermiquesoit limitée au niveau décimetrique, certains résultatsde travaux laissent espérer la possibilité d'accès â uneinformation relative à la surface piézométrique,
V - Ças_d^un_êços^stème_vé2étal^_en_êguiTbre_aveç_la
Landsat_£l)
Dans le cadre d'une mission hydrologéqlogique,les imageLandsat ont permis d'affiner la carte de profondeurde nappe et de qualité des eaux souterraines établiesà partir d'observations ponctuelles (figures 3.40.1,d'après (1)). L'étalonnage réalisé localement (figura3.40.2.) montre que la répartition de la végétationet des cultures à la surface du sol est en relation
avec la topographie, donc la profondeur et la qualitéde l'aquifére sous jacant.
Des relations identiques peuvent exister en France,bien qu'à, une taille plus réduite (cas dss Landespar exemple),
2 " B§l§îi2GS-§Q5!I?-§i3Q§l-lDÎEÊ_n9y9?-5!lÊ!I5l9y?_ê5
iEiii§§y!r_^lyD_§9yiflïi?-2yEe!iflçisi
Parmi les données de survols aéroportés d'un aquifersconnu du Sud Dakota, on a pu sélectionner une image,qui, mise en relation avec plusieurs paramètres dusite, s'est révélée bien corrélée avec l'épaisseurde l'aquifére, connue par observation piézométriqueponctuelle.
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39Cin io g.-cund wot-ar 'isss r
iV
ûarj<m -1 ,in 1
Simplified cross section of a "Bajo"
{ with the aid of geo-electrical profiles )
99
^Srr
Earth's surface
SCrri.
Ground water level
25m
1000 m
Isolines of apparent " resistivity {Ohm-m}
VZ^ Fresh ground water ( "^ 7 Ohm-m ]
7 Ohm-m - 1 g/l salt content
2
1
- 1.8
/v 3 5
^ 1 "
tl
II
It
after report DHGM Argentina 1973
Figure 3.40,2
100
Mê.me si les résultats paraissant a priori surprena.ntset n'ont pas été repris depuis, il n'est pas exclu quecette- tipproche-danra^re atT.là- sous ¡j'^ fonr.e- ^-nci ns: ainai-rique et plus efficace avec la possibilité :
1 - d' acquisitions répétitives, à faibla coût, par sa- -tell i tas lûétéorologiquss, ce qui permettrait ds choisirla série de données la plus favorable, La résolutionspatiale ne constituerait pas dans ce cas un factaur-prépondérant (voire limitant), comme dans certainesapplications en relation avec des thèmes d'occupationde l'espace (identification des périmètres irriguéspar exemple).
2 - de la mise en oeuvre de modèles de traite.ment de don
nées plus sophistiqués que celui utilisé alors etinspiré pour l'essentiel des basas évoquées au point3.1.3.2.
3.1.4.3. Limitas et structuras d'acuifères ; Timolantation d'ou¬
vrages de cao-caga ^
La définition des limitas d'aquifères - d'alimentation,d'émergence, étanche - est fondée sur un doubla critère
. de- perméabilité et d'altitude (figure 3.41 in (1))- Ceslimitas ont des manifestations spatiales de type linéaireou en surfaca, et elles sont affectées de conditions depotentiel ou da flux.
Sauf cas particulier des failles drainant vers la surfacades nappes captives, l'apport de la tel édâ-tacti on sesituera dans le domaine des nappes libres.
Structures^! inéairss '
Las structures sont traduites par dss variations da tona¬lité dans l'image résultant ds prése.nca de végétationparticulière, de zones humides, ou da terrains de réflec¬tivité différante..
*
L'extraction de l'image de télédétaction des structuresponctuelles ou linéaires utiles pour l'hydrologie, a faitl'objet da travaux abonda.nts, I la suita d'aillsurs de laphoto interprétation de documents acquis par avion. C'esten particulisr dans- les régions de.s-ôcle st í un moindredegré dans cellss ds Karst, que la photoçéologia a étéle plus utilement employée pour la prospection hydrolcgi¬que par T'analysa ds fracturation et ds linsan8c;snts..
LIMITES NATURELLES OE SYSTEMES AQUIrcKcs vssnernu-., u. ...... w
UMITES A CONOiriCN OE POTENTIEL
IÍ4.14S «urfaeas
Ll.MlTES A CO.SOITION 0£ FLUX
I iqn*] 1 -J r Í 3 e « i
FLUX NUL
LI.MITES
ÉTANCHES
FLUX
SNTRANT
LIMITES
Q'ALIMENTATIQN
FLUX
SORTANT
LIMITES
O'EMERGENCs
777777777777?.COURS D' EAU
INFILTRANT
. loe, baisin
rttis**IUm*M sol
77//'
COURS O'EAU INFIL¬
TRANT C0LMA7£
7777777777777?,'y///y///////////////y'^
'777777777777^.COURS o-SAUpe^CHê
turfse* libr*^ io).
X-TTTTTTTTTTTrTTTTTTrTrT.AIRE O'INFILTIfcTIQM
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UMlTESEMI-PéHENNe
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Figurs 3.41..
102
Citons un sxemple récsnt : Au cours da la sécheresseda 1975, un grand nombre de puits de secours,l'ordre ds la centaine) ont été implantés an Bretagne (2);le choix du lieu d'implantation ¿s- l'ouvrage da.".s une.zone géologique donnée a été arrêté surtout en fonctiondu critère structural (croissme.nt de 3 failles) â partirde photographies aériennes* ; le coefficient de succès-défini en fonction de la présence (quelques ra3/heura) oude Tabsance d'eau, de 80 5 est considéré conme- très bon.Catia même méthode avait été raise au point au Maroc ensituation géologique comparable (campagne da plusieurscentaines d'ouvrages). On notera cependant qu'il n'estpas possible de différencier par cetta méthode les failles"utiles", l bonne pennéabilité et celles colmatées, sansintérêt pratique, qui pourront être néanmoins humides.L'e.Tjploi de l'imagerie Landsat ne peut être envisagéque pour repérer les principaux 1 i néanements , suscepti¬bles d'avoir la meilleure productivité hydraulique.
Oans tous les cas, f3 photo^rayrri g aérienne est indispen¬sable pour localiser Templacament de l'ouvrage et l'in¬terprétation stérécscopique fournit une implantation al-timétrique très utile. A cet égard, il serait précieuxque l'imagerie .- soit acquise avec' la stéréos-,copie, ce qui permettrait de séparer d'après laur altitu¬de relative lss limitas d'aquifàras sn fonction de leurrôle d'alimentation ou d'êaergence at serait utile sur¬tout dans las régions sans carta tcpographique â courbesde niveau, dans la cas de situations temporaires : épan¬dage de crjes, drainages (cf. 3.1.2.3. at 3.1.2.4.).Pour ca qui est des limitas â conditions da flux :- d'infiltration) - t i i i -4. -q -t- d'évaporation ) ^- ^.l-^.l. eu 3.1..5.
la cas des karst, différents travaux ont abouti àla détaction de râsurgencas en rivière sn liaison avecdss failles otr â la. délimitation de zones huaides parinfra rouge thermique (travaux de 0. AVIAS, Arma.ngau,Surkhaltar (7)).
S2ΧDÎ1ê1-£2U5^Qî1
La localisation de résurgancas d'eaux souterraines estun objectif des gsstionnairss de ressourças sn saux quia fait l'objet ds nombreux assais par télédétaction, quiont abouti è des résultats de val sur inégale, las plus
D'après M, 7AUBQURG, lors ds notre visita au 3RGM.
103
défavorables résultant d'une connaissance hydrologiqueinsuffisante.
La détection d'anomalies thermiques a été techniquementpossible en France depuis 1972, avec l'emploi du détec¬teur Cyclope à contrôle de gain automatique (bande 3 à5 ym). Des essais réalisés à cette époque, par le BRGMet TlGN sur la résurgence de Port Mi ou en baie deCassis (Bouches du Rhône) (3) ont permis de mettre enévidence l'empreinte thermique de la résurgence d'originekarstique qui faisait déjà l'objet de travaux souterrainsde reconnaissance et actuel lanent de captage par barragesouterrain. Depuis cette méthode* a été appliquée à plu¬sieurs reprises en conditions opérationnelles en France(par BRGM et IGN) et â l'étranger, bien que le coûtd'une telle opération se révèle élevé-',. ce qui impli¬que la réalisation de campagnes importantes pour êtreéconomiquement justifiée et de ne rechercher que lesémergences principales.
L'apparition de détecteurs thermiques en bande 8-14 ym,dont le signal est numéri sable (Daedal us) . a permisd'aboutir, à l'étranger au moins, à une quantificationencora imprécise du débit.
La correspondance entre température apparente enregistréepar le détecteur et température de surface est . établiede façon acceptable dans les conditions d'opérations (4)et figures 3.42,1 et 2,
La corrélation entre température des exutoires dans un lacet leur débit connu à été .réalisé. (5):: figure- 3.43.. 1..
L'auteur établit un nomogramme pour calculer le débitdepuis l'anomalie thermique avec un coefficient K .figure 3.43.2. La relation finale est :
K =|aZiT^^ + bAT^3
avec ¿T-, = écart de température entre lac et source
ûT-j = écart de température sntrs lac et air..
Si la gamme des débits observée est large, elle concernecependant des valeurs intéressantes -, la méthode n'estpas applicable dans ls cas de différsnces de densité
* qui sst i dsnti que à celle développée dans le cas des rejats thermiquescf. 3.2.6, au niveau de l'acquisition des données.
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: Fig. 3.42.1.
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Fig. 3.43.1.
106
entre eaux da source et eaux libras. Ca cas des résur¬
gences sous marines a été abordé (6) pour définir undébit minimun. de- Tsxutoire-,. ^vec. das hy^othèsas d'êcaurlenient st d'échanges thsrmiquss ds conduction sn régimepermanent.
incoming heat = radiated heat + heat transmitted forconduction, or, in analytic form :
l"-ï 'i»l^^^^in M^^i ^i=lñ
Q = incoming heat
C = specific heat of waiier
n = mass of fresh water
t = ti.me (1 sec)
k a thermal conductivity of water at the T (ave) =295
d" » Staphan Boltzmann consta.nt
T^ = salt water tempratureth
T. a tamperature of the i isoradiant surface'
sJ * area of the i isoradiant surfaca
h = thickness (variable with the working hypthesis)of the equivalent layer of thermal influence
S" = e.missivity
La para.mètre critique h = êpaisssur d*acu doues surl'sau de aar dans lss zones thsrmiquss cartographiéssest défini par abaques. Le résultat sst la valeurasymptotique minimale du débit d'axhaurs ; catta inéthcden'est utilisable que pour des forts débits (supérieursau in3/sec) .
107
3,2. Apport dans les thè.mes d'eaux libres
La télédétection enregistre sur une grande échelle en trois dimensions eten temps quasiment instantané les phénomènes aquatiques de surface jusqu'àenviron -20 m. Elle permet donc facilement la cartographie de l'évolutiondes phénomènes rapidement évolutifs des eaux libres. Intégrant le- signalsur une verticale, elle donne accès directement aux flux de charge, auxdébits, aux échanges et permet donc une mesure du taux de renouvellement.
Permettant la spatial isation et la répétitivité des mesures, elle présenteun très grand progrès par rapport aux méthodes jusqu'ici utilisées.
Cependant, une étude complète d'une unité hydrique suppose une étude sta¬tistique sur un grand nombre de journées d'expérimentation. Le coût pro¬hibitif par les méthodes classiques ou même par survol aérien a conduitjusqu'ici à réduire le nombre de journées en choisissant un, deux ou troistypes de conditions météorologiques typiques.
Dans les régions très ensoleillées, le satellite Landsat permet un peuce type d'approche sur des phénomènes existants colorés. Capendant, safaible résolution spectrale (différenciation par la couleur) ne permet pasaisément l'identification, et la périod.iilcaiè.di'obser^ration est beaucouptrop. faible.
Oans ce chapitre, las thèmes sont classés en fonction de l'état d'avancementdes études faites par télédétection. .Cette classification correspond aussià l'état d'avancansnt dss travaux-rslatifs à la connaissanca ds la corres-
pondancs sntrs'la quantité de matièrs se trouvant dans Teau, sur une verti¬cale et le flux lumineux qui en est issu. Cette correspondance est. la base detoute cartographie quantitative donnant accès aux flux de charge.
108
3.2.1. Dynamique des masses, d'eau
Ce thème sst d'une très grande importance, car il sst la bass dstoute étuds sn eaux libras quelle. que soit la tailla et la mor¬phologie de l'unité hydrique, considérée, -En effet, la connaissancade la répartition géographique des flux de masses d'eau permst d'ex¬trapoler au flux de charges en suspension ou dissoutes. La con¬naissance de ces .flux est la base de tout inventaire de chargepolluante ou non, de transport de sédiments,, d'eau plus ou moinsdouce- Elle permet une définition du degré de dégradation dumilieu et partant la politique d'aménagement â mener.
3.2.1.1 Etude des houles (figure 3.44.)
Elle est particulièrement importanta lors d'études préli¬minaires d'implantations de gros. travaux comme digue,port, pont, èirissaire-.
Elle reposa sur la différence d'énergie réfléchie parune des facas d'une vagua par rapport à la réflexionsur la mer. La photographie snrsgistrs donc une succsssionde maximum et ds minimum de réflexion. Un traitement de
la photographie en optiqus cohérents donne la cartographisdes différentes directions de houle ainsi que Isur pé.'-iodeou longueur d'onde respsctivas (1).
Dans cariiains cas favorablss, il sst mène possibls decalculsr la profondsur d'aau près, du rivage et d'accédsr
' ainsi a la carte bathymétrique. La formule théoriqueutilisée' est la suivante :
\/X, -unh {ITT ¿-VX,)dans laquelle XvstXaSont Tss longueurs d'onds ds la houlaê la côiie st au largs stiùla profondeur d'eau cherchés (2).Enfin il n'sst pas possibls par css msthodss d'accédsrà la hautaur da la houls.
3.2.1 .2 Eóuranto'logTe;'!écñanGss-t. figure 3.45.)
- Elle intervisnt dans la modsl isation dynamique d'uneunité d'eau libre en tant que donnée de basa,
- Elle permet 1a mesure das débits d'écha.nge antre uneunité ouverta restreints st. le large. Ella penr.st doncd'axtrapolar la conséqusncs d'un aménagensnt sur csséchanges et partant sur lss conséquences écologiquaset physiques ¿e est aménagaíiisnt. Far example qusl typede pont construire sur un che.nal entra Ile et tarra
pour ne pas perturber de façon significative les échan¬ges.
Etude de la hculeFigure 3 44
109
cajip OES titîs:î3 hstutahehs ais íiatiax
CourantologieFigure 3 45 tiiaje:t31ii£s 3^s baseâu:
lio
- par suivi da radeaux â différentes profondeurs. (1) (2) (3) ,
Des radaaux.sont lâchés en différents do i nts de ..la .zoneétudiée à différants raome.nts et laur position est snre-gistrêe par photographia aérienne à des intervalles detanps réguliers et suivis toute une journée. On obtient/ainsi la trajectoire et la vitesse moyenne de chaqueradeau ainsi que le champ de vitesse instantanée. . Au1/10000, la position d'un radeau est connue â. .+ 2in (1).
La vitesse moyenne est donnée par~= 1/t,- avec 1 distan¬ce parcourue en un intervalle de tamps.-t- . La vitesseinstantanée est la sonne vectorielle de deux vitesses
moyennes.
j^ Par- lâchers ds: colcranlr' :-uiv-i riar'phc-fcograchis: aêrienne{2){3|On obtient alorà une vitesse moyenne de .la couche d'eaumarquée dont la profondeur est de Tordre de quelquesmètres géné.'-alraent.
La connaissanca du champ da vitesss à différantss pro-fondsurs dans une zone d'échange par sxsmple è la ferme¬ture d'une bais, jointe ê la connaissance de la bathy-rmètrie de la zone, permettant dss mesuras de débit 0."qui illustrent, las sc.hançss. La connaissa.nca ds la bathy-métris de la bais at ds sa surfaca donne son volume totalV. On obtient alors son taux da renouvallemsnt D/V dont
dépend tout .l'équilibre global de la baie tant. sur lsplan hydrique qu'sn cs qui concarns Ta pollution écologique
3.2.1.3, Diffusion turbulsnts, dilution (figuras 3.46 1 i 2)
- Cûiniie prscédeinnent la mesure de la diffusion turbulsntset ds la dilution en un point intervisnns.nt dans lamodélisation dynamique d'une unité d'eau libre,
- Plus directement css mesuras permette.nt da .trouverle meilleur point de rejet d'un émissaire et de définirle flux de pollution admissible ainsi que le degré detraitanient I prévoir pour la station d'épuration at- ^tañante.
Ca type d'étude se traita par suivi, par photographiesaériennes noir et blanc. filtréss,ds lachsrs continusou ponctusls ds colorants fluorascants- (rhcdamins B,flucrsscsTns). Il rs-poss sur la loi ds corraspondancs
EaK( l-a~''') antre Tâclairs-mant £ an un point dsla photcgraphis st la quantité da traceur q sn grammepar unité de surface que Ton trouva sur la verticals aupoint ds la mer ou da l'étang carrsspcndant. (1) (2).
n
î¿^^VO?í^
113
Une chaîne de traitement automatique des photographies(considérées ici uniquement comme récepteur enregistreur)donne de chaque photographie une cartographie, en cour¬bes d'iso-éclairement. Cette cartographie est transfor¬mée en courbes d'ise-quantîté ds matière en défipissantle K et leTde la formule précédente. Cette définitionse fait soit à partir d'analyses de laboratoires, deprélèvements faits dans la tache.de colorant simulta¬nément à la prise de vues soit directement par calculà partir des cartographies obtenues.
La chaîne de traitement comprend ;
- un rai crodensi tome tre digitalisé qui numérise les den¬sités optiques de la photographie et les enregistre enséquentiel sur bande magnétique. La matrice en densitéainsi obtenue est ensuite transformée en matrice éclai¬
rement sur laquelle interviennent les logiciels suivants :
- des logiciels de corrections radiométriques (appareil¬lage, variation de géométrie de T éclairement solaire,variation du milieu environnement),
- des logiciels de sortie de calculs, de courbes de niveau,cartographies sur table traçante.
La matrice en éclairement corrigée, d'une photographiepermet donc :
- la cartographie en courbes d' iso-quantité de matière,
- le calcul du coefficient de diffusion de la tache suivant
les axes choisis. Ce calcul se fait à partir des hypo¬thèses de départ suivantes : milieu uniforme infini,vitesse constante en intensité et direction et dégrada¬tion. L' .équation de la diffusion utilisée est :
2^ .u^= kx-i4 . ky |:^ .kz 1^
où c est la concentration de la rhodamine au temps t ;kx,ky, kz les coefficients de diffusion suivant les 3axes etXdla dégradation avec u, champ de vitesse du courant.
L'ensemble des cartographies obtenues au cours de l'ex¬périmentation, permet le calcul des coefficients par uneautre méthode at l'évaluation des dilutions à la côte.
../
114
Aspec-t da ConvectionFigurs 3 47
si«j-^i^-=7í:sgi^a rïifbrïaanion saisie de jour i l'arrivée du flot^^S^^^S en aval du banc de Bilho qui se trouve dans l'sm-sssKs%.._Ais^>sEs;«-a ooucnura gs la Loire
Las eaux da la Loire, chauffées sur le banc- sontbloquées par la mares montante et. refluéss.Le tourbillon secondaire es-t lui sur la banc desbrillantes.
115
3. 2. 1:4. Convection,- mélange des masses d'eaux (figure 3.47)
n est souvent important de connaître le devenir d'unemasse d'eau à son arrivée dans une autre masse d'eau :
par exemple le devenir d'un rejet. thermique en riviè¬re ou le comportement d'un affluent de nature diffé¬rente, ou encore le mélange eau douce, eau salée àl'embouchure d'un fleuve. .L'impact sur le milieu nesera pas le même lorsque les eaux se mélangent ou aucontraire restent canalisées longtemps. L'utilisationoptimale de Teau en aval dépend de cette situationde mélange.
Lorsque les masses d'eaux présentent des différencesde température ou des différences de couleur, on peutles suivre directement soit par thermologie infra¬rouge (1) soit par enregistrement sélectif en longueurd'ondes dans le visible- . Le mélange des masses etles mouvements de convection sont aussi très bien mis
en évidence à l'aide de lâchers de traceurs fluo¬
rescents marquant Tune des masses en présence.
Mais ces études ne sont que qualitatives,
- La' thermologie infra-rouge n'enregistre que ce quise passe au contact air-eau et surtout en rivière nepermet pas d'extrapoler à la colonne d'eau sousjaçente ,
- Par contre la différenciation par la couleur ou lafluorescence intéresse la hauteur de pénétrationde la lumière solaire qui est fonction de la char¬ge de matière. Elle peut atteindre 25 m dans leseaux très claires et être de Tordre du mètre dans
les eaux très chargées,
3. 2.1."5,Model isati on de la dynamique des masses d'eau d'une unité
La mise en oeuvre de cette modélisation a pour objet
la conception des aménagements littoraux et en riviè-^re : port, écluses, pont, émissaire.
Cette modélisation est de deux types :
- mathématique et comporte surtout la simulation desphénomènes hydrologiques dans le milie" naturel,
- physique et consiste en une simulation sous formede maquette des ouvrages ou aménagement projeté*».lorsqu'ils sont exposés aux phénomènes précédents.
.../
US
En hydrologie classique cas modèles consistent enune simulation des phénomènes hydrologiques : marée(répartition des courants), .houle, diffusion, dilution(nécessite de connaître la courantologie locale et lesmouvements de convection). -.
Catta simulation est. une voie d'accès peu précise i laspatial isation de ces phénomènes.
On vient de voir dans ca chapitre que .la télédétectiondonne 'directement cette spatial isation puisqu'ellepermet la cartographie de tous ces .phénanènes.
En conclusion, la télédétection utilisant un traceurfluorescent et des radeaux permet d'accédar expéri-'aeotalsBient sur. sita elL surtout simultanéjnent â une
connaissance spatiafe des phéncmènes nécessaires' al'étude dynamique des masses d'eaux : houle, marée,courants, diffusion, convection, dilution.
Cas données peuvent, être :
- soit entrées dans un modèle physique da simulation'sur maquette des ouvrages projetés,
- soit directement exploitées (cas de l'implantationd'un système de traitema.nt des saux sur 1 e .1 i ttoral ) .
- soit 'introduites danâr Tss modêTês' ma thêmaïiquéSde simulation décrivant le comportament global del'unité et surtout. les flux de charge. Cas modèlessont ê créer sur dsmande précise des utilisateurs.'dn. er\ est 11 h un- porint où. Ti télédétaction con¬sista en une méthode opérationneTie.ma i.ntanant à ladisposition des utilisateurs, qui dsvront l'adapteri leur cas particulier.
117
3.2.2. Cartographis d'un courant contenant des matières en sus¬pension ou en solution
La connaissance de la dynamique des masses d'eau n'est pastoujours suffisante. Il est souvent nécessaire .de connaî¬tre la charge en matière dissoute et en suspension de cesmasses. Les méthodes classiques consistent â ajouter unterme de dégradation exponentiel aux équations de ladiffusion turbulente. Ce terme est variable d'un corps àl'autre et il dépend surtout de la qualité de' Teau danslaquelle il se trouve.
Déjà la mesure ponctuelle par télédétection visible d'unequantité de matière intégrée sur une verticale est possi¬ble pour les corps fluorescents. Il serait intéressantmaintenant d'étendre ces mesures aux polluants colorésimportants et en sédimentologia.
En effet, jusqu'à maintenant la cartographie par télé¬détection d'un panache d'effluent ou -de rivière estqualitative" ou pseudo-quantitative. On y constate desvariations d'intensité, les classifications statisti¬ques automatiques donnent différentes sortes d'eaux,mais on ne sait relier cela à une quantité de charge.
La thermographie infra-rouge permet aussi le suivi de ces. panaches lorsqu'ils présentent une différence de tempé¬rature par rapport à Teau environnante. Mais l'enre¬gistrement ne prend en compte que l'état de surface etne permet pas d'accéder à la notion de chargs.
Ce chapitre traite donc de l'étude de l'évolution de lacartographie des masse d'eaux chargées par télédé¬tection visible.
3. 2.2U.Rappel s théoriques35
"Le rayonnement, visible provenant du soleil et dela voûte céleste est pour une faible part (5 à 15 %)réfléchi à l'interface air-eau; cette reflexionspéculaire se fait sur une surface en général ir¬régulière, La majeure partie de l'énergie pénétredans le milieu absorbant et diffusant que consti¬tue la masse d'eau. Au fur et à mesure ds la péné¬tration dans ca milieu, 1 s rayonnsment s'atténue,
sCe point a été rédigé par le professeur A. MOREL.
ua
sa composition spectrale est altérés par le jeu desdiverses absorptions (celle de Teau elle .même et callesdas., div-arses- substances, di ssoutas ou parti cul ai rasprésentas), snfin sa aistribution spa-ciale est éga¬lement modifiée par le jeu des diffusions (diffusionmoléculaire et diffusion par les particules en suspen¬sion).' En particulier, une partie du- flux radiatif des¬cendant EV, qui a pénétré dans Teau et a donc subila marque- .des signatures spectrales du milieu, estrétrodiffusée, c'est à dire retransfornée en un fluxascendant £î ; le rapport Eî/Ei , appelé coefficient
de réflexion diffuse, n'excé^ pas en général quel¬ques pour-cents. A cause de la réflexion totale, lamoitié environ da ce flux ET est susceptible de re¬traverser Tintarfaca où il s'ajoute au flux réiHé-chi qui lui est souvent supérieur. Cependant, et c'estun des problêmes de la télédétection sur Teau, saulW-rayonflamant. émergeant est- porteur d' informationsutiles sur les absorptions, parxanx- sur Tes substan^ces présentes au sein de la masse d'eau.
Des relations ont été établies entre coefficients
de reflexion diffuse, d'absorption st de rétrodif-fusion (1) (2). Lss mesures par télédétaction per¬mettent d'accéder (corrections atmosphériques faitesdu signal "parasita" constitué par la réflexion)au coefficient de réflaxion diffuse à la surface,
donc d'accéder à l'absorption dans la couche de sur¬faca au point visé. Ceci peut être fait I cartaineslongueurs d'onde présélectionnées ou misux pourtoutas les longueurs d'ondes du spectre, ca qui mèneà une interprétation de la "couleur'* de Tsau (3)(4).
Je» cS'TTas. tachai qucs. cxis-tan-ii su. :ont sn caûrod'essais, pour l'évaluation de paramétras impor¬tants sn ocêancg7*aphie : pigments chlorophyllie.ns,material détritique en suspension éventuel Is-mentsubtance "jaune" dissoute (5). Les progrès sn cedomaine dépendent de l'amélioration du cataloguedes signatures spectrales spécifiques des subtan¬ces à détecter, lesquelles conditionnent T éla¬boration des algorithmes correspondants. Cetteamélioration est à recherchsr au travars ds mesures
in situ de spectroradiomètrie dans Taau, hors deTeau at en altitude, mais aussi par" des mesures aulaboratoire," " - '
(1) ... (S).
119
3.2.2.2. Effluents urbains, industriels '
La connaissance quantitative de leur zone d'influenceest nécessaire pour établir un bilan de pollution,évaluer un degré de dégradation du milieu, dans lebut de savoir où. positionner un nouveau rejet et quelflux de matière polluante on peut rejeter.
En télédétection on peut en cartographier l'étenduejusqu'à une certaine charge minimale, lorsqu'ilsprésen1:ent un contraste coloré par rapport à l'eaudans laquelle ils se déversent..{i)(2)(3).
La cartographie quantitative est plus difficile carelle suppose que l'on a trouvé un ou une combinaisonde tracteurs optico-chiraique spécifique de 1 'effluentétudié qui est un bon indicateur de pollution. Desrecherches sont en cours.. ",'
Cependant, la cartographie en éclairement de Teffluentdonne une mesure du flux total de charge.
Les méthodes classiques de mesure consistent à fairedes prélèvements à différentes profondeurs en quelquespoints de Teffluent suivant -des radiales et faire des¬analyses de "concentration des principaux composants,.Ces analyses sont très onéreuses. Une spatial isationapproximative est nécessaire pour avoir les flux dscharge .
5"La thermographie aérienne par son aptitude à détecterles hétérogénéités énergétiques de la couche superfi¬cielle de l'eau est une technique privilégiée d'étudades rejets en mer.
Les eaux telluriques se différencient du milieu récep¬teur par leur température souvent, mais surtout parleur qualité qui leur confère une émissivité différente.La combinaison des paramètres température/êmissivitéprovoque au sein d'un paysage thermique des anomaliespositives ou négatives caractérisant Teffluent rejetéet permettant la localisation du panache dérivant. Lavisualisation reste possible à de grandes distances dupoint de rejet et une imagerie globale et répétitivede la zone étudiée permet l'étude des modes de dispersion.la définition des zones atteintes, la mesure des vitessesde déplacement des masses d'eau en liaison avec lss con¬ditions météorologiques. La courantologie de surface ains"précisément connue permet en plus d'une bonne prévisiondu devenir en Kier des eaux rejetées, l'élaborationd'hypothèses sur des courants de subsurface ou plus pro¬fonds .
* Texte rédigé par MM, ARMANGAU et BURKHALTER.
120
La zone oQ se déplacent cas rejets est très proche dela côte, (quelques kilomètres seuleme.nt au maximum dansfa pîup.arx ces côs), ¿t las zones i protégar axcè.dantrarement le kilomètre. .---.,_.
La dimension courante des rejets à Ténrission est deTordre de quelques centaines de mètres (fleuves impor¬tants) plus souvent inférieure à la ceniiaine de mètres,le plus -géTTéralement entre 1 et 10 -mètres>. La résolutiondes radioraètres infrarouges embarqués jusqu'à' présent àbord de satellite ne permet pas de telles études : seulela thermographie aérienne à des altitudes moyennes peutapporter la finesse souhaitable pour obtenir de bonsrésultats.
1 - Expériences menées sur le littoral languedocien
Diverses expilriencss utilisant la iiherrcçnpnta^ aérien¬ne ont été entreprises sur le littoral languedocien ; ellesconcernaient les sujets suivants :
- Inventaire des rsjsts côtisrs- Etude des modifications de la dynajnique d'un rejeten fonction des différents types de ta-mps
- Etude d'un rejet thermique- Détaction de source's sous-marines côtières
- Echange entre la lur et las systèmes lagunairescôtiers
- Etudes courante logiques générales
Chacune de css études représente un cas particulier atdemande une méthodologie d'acquisition des données adap¬tée..
îGYtHîàlrS-^â^re^sts
Pour un inventaire ls choix de la saison et de l'heure
des différents survols prend une grande importance :en effet, des vols effectués à diverses saisons appor¬tant des informations complémentaires.
Un vol hivernal ou priniiannier permettra de détecter lapresque totalité des rejets côtiers aussi bien naturels(écoulement superficiels, fossé, ruisseau temporaire,décharge de nappes, sources, etc.) qu'ârt"fficaè.ls(rejets domestiques, urbains, industriels). Un vol esti¬val dê1:ac-tara un nombre plus importa.nt de rejets domes¬tiques (densité- de population plus forta an été sur leszones côtières) par contra les rsjsts naturels, comptatanu d'une pluviosité très faible à catta époque serontbeaucoup moins nombreux.
121
La comparaison des résultats des deux survols permetd'établir un classement approximatif entre rejets natu¬rels et artificiels.
En ce qui concerne les rejets domestiques les vols doi¬vent se dérouler en fonction des pointes de débits cons¬tatées à la sortie des émissaires. Elles sont décalées
dans le temps par rapport aux pointes de consommationde la journée (8h - 13h - 20h).
La détection des rejets industriels sera plus efficaceavec des passages nocturnes pendant lesquels la présencede rejets clandestins peut être décelée.
L'étude des variations de la dynamique des rejets enfonction des conditions météorologiques demande de nom¬breuses missions aériennes pour saisir les situationshydrodynamiques correspondant à chaque type de temps 'afin de définir les zones concernées par la dérive de lanappe formée par les eaux rejetées.
A chaque campagne aérienne les vitesses de progressionpeuvent être mesurées par des" vols répéti"cifs à des ca¬dences comprises entre 30 minutes et deux heures. .
Dans le cas particulier d'un rejet thermique l'étudeprésente un aspect supplémentaire : la nécessité de con¬naître la répartition des températures à partir du pointinitial .
La recherche de la mesure absolue de température à l'aidedes détecteurs monospectres actusl s sst illusoire : unecalibration postérieure calée par des mesures in situest opérationnelle ; toutefois, dans le cas de rejetsde centrale thermique, l'évaluation des écarts de tem¬pérature (mesures relatives) par rapport à celles dumilieu récepteur et la mesure des gradients thermiquesà l'intérieur de la tache, semblent suffisantes.
La détection des sources sous marines sera favorisée par devols encadrant la période hivernale, les conditions (boncontraste de température entre les eaux telluriques etla mer et débits importants) seront propicas à une bonnevisualisation.
122
Ç2yCSGÎ2l29i§«ËS-2y3!fl£§
Des études plus générales ayant pour cojet la dáfinitionde l'hydrodynamique de surface d'une zone définie peuventêtre entreprises, les nappes d'eaux terri gênes en surfacesont alors assimilées î des tracaurs naturels. Las cartss
schémalrisant les directions de courants pour chaque typede tsnps peuven-t- êtra. utilisées dans Je cadre de Tamé.na-gement du litlaral (implantation d'"iin émissaire, instal¬lation portuaire, etc...)*
Des expériences ont montré l'intérêt des enregistrementschronoséquentiels pour d&s études concernant las étangslittoraux (bascule du plan d'eau, phénomène da sèche).
2 - Problè-mes posés par les opérations de contrôle au sol
La thermographie aérienne permetiant en fait à coupsûr une distinction entra des eaux d'origines différentes,mais non une identification précise de leur qualité, desmesures ccmplé.me.ntaires s'avèrent indispsnsablss. L'im¬plantation d'un système de surveillance continue de di¬vers paramètres (autant physiques : houla, courant, marée,température, que physico-chimiques ou chimiques) étantloin d'être réalisé, c'est" par l'organisation de campa-"gnes de mesures en concordance avec. les opérations aéro¬portées qu'il est possibla d'snvisager aujourd'hui l'éta¬lonnage des informations obtanues. La réalisairion simul¬tanés de conditions favorables pour las opérations aérisn-nes et les opérations maritimes étant aléatoire, le dispo¬sitif à envisager doit être coordonné. Donc aussi bisndans un cas que dans l'autre c'sst la souplssse de l'in¬tervention qu'il convisnt de rechercher. Pour la véri te¬mer tl faut s'crterrtsr rers ¿ss iri3y»n» perftâ-riarf>t Toa-»tantion d'informations continues sur des axes de mesuras
(smfaarcation en marche) et prévoir un repérage exact de laposition du bateau (l'utilisation de l'image aérie.nneobtanue siraultanénsnt est pour cala d'une grande utilité).Oans tous les cas une liaison avion-bateau sst indispen-ble pour une bonne coordina-tion des opérations, encorefaut-il que le coût de- cetta coordination ne devia.nne pasprohibitif.
diminution des coûts des intsr/sntic.ns sst donc indispsn-Sâbls st pose le problème ds ia définition d'un systè.T.eopérationnel áe thennographia aérienne pour l'étude deszones littorales.
123
3 - Caractéristiques d'un système opérationnel d'étudepar thermographie des zones côtières (rejets et dy¬namique des eaux)
La résolution nécessaire, le caractère évolutif desphénomènes à observer rendent inadaptés à-T.étudé.ide.zones.côtières, les documents fournis par les satellites ac¬tuels. Seuls les mouvements d'ensemble ou les très gros¬ses arrivées d'eaux terri gènes en mer (embouchure degrand fleuve, delta), peuvent être étudiés par un systèmesatellite. Le porteur aérien (avion, ballon, ou hélicop¬tère) est beaucoup plus adapté. Au stade actuel du savoirfaire de nombreux problèmes théoriques et pratiques res¬tent encore à résoudre avant de passer aux missions sys¬tématiques de surveillance qui relèvent de systèmes lourds
Les contraintes opérationnelles (grande disponibilité,rapidité de mise en oeuvre, poursuite des observationsde façon répétitive) d'une étude systématique de toutesles possibilités d'interprétation de la thermographie (etparmi les moins connues actuellement il y a la thermogra¬phie multi spectrale) militent en faveur de la mise surpied d'un système léger opérant régionalement.
.L'avion lui-même (monomoteur ou bimoteur léger) doitpouvoir évoluer à des altitudes supérieures à 600 m pourles problèmes de dynamique côtière et embarquer outre lematériel nécessaire à la prise de vue au moins trois per¬sonnes. Ce nombre peut être réduit dans le cas où lavisualisation en temps réel des informations est directe¬ment obtenue à bord du porteur.
Le plus souhaitable serait que cette visualisation entemps réel soit transmise à une station au sol d'oùpartirait la coordination avion/bateau, principalementpour les études de rsjsts. Pour la courantologie, unsystème de station fixe peut être suffisant, dans cecas, plus le réseau de contrôle permanent sera développé,plus fine pourra être l'explication des images obtenues.
n serait bon que la maintenance et l'exploitation de ceréseau de contrôle soit sous la dépendance d'un organis¬me spécialisé dans ce domaine. ' - -'
Par ailleurs il est absolument indispensable que Ta res¬ponsabilité totale de chaque étude (comprenant à la foisla prise d'information aérienne, maritime et l'exploita¬tion des résultats) relève d'une seula et même autorité.
124
Les points sur lesquels de gros progrès peuvent êtreencore réalisés si la possibilité sffectivs d'étude avecun moyen très souple est misa an place concernent sssan-tiellement :
- la dynamique des masses d'sau (iaformation sur les cou¬rants de subsurface à partir de la morphologie des cou¬rants de surface.) . . ^
- mécanisme de la diffusion des polluants'- identification ds polluants ou classement qualitatifdes rejets (thermographie multispectrale).
D'ores et déjà cependant la thermographie aérienne mono¬canal à partir de moyens léger: ast en mesure de contri¬buer utilejnent et ranirablement à la surveillance des
zones côtières. Elle ne pourra être concurrencée que parle développement de la radionétrie microondes qui apportele même type d'informations mais affranchit des contrain¬tes atmosphériques. Mais elle restera toujours, dans cecas, un complément indispensable pour préciser la qualitédes eaux."
125
PLANCHE 3.48
Thermographies 1 et 2 - Palavas - Mai 1975
Cette image montre que les eaux (-f chaudes) du Lez envahissent le port.L'implantation de la digue Sud du port oriente le panacha vers la rivegauche, et favorise par ce type de temps la progression des saux polluéssvers la plage.
PLANCHES 3.49.1 & 2
Côte des Pyrénées orisntalss : zone de Collioure
Elles mettent en évidenca la dérive des eaux terri gênes dans la zone litto¬rale (vent faible ds Sud-Ouest : 3m/seconds en moyenne).Différents types de rejets peuvent être distingués A.B.C.D. correspondantà des cours d'eau côtiers.
a,b,c,d,e,i,j , sont dss rejets correspondant à un écoulement temporaire(petits ruisseaux, rejets domestiques) et discontinu..1 et 2 représentent des anomalies faibles correspondant â la renontée ensurface d'effluents rejstés par l'intermédiaire d'un émissaire sous-marin.Les deux thermographies ont été enregistrées au cours de la nuit à une heured'intervalle et à des altitudes différentes, les modifications peu importante:et la persistance des structures rendent compta de la dilution réduite deseaux terri gènes dérivant ls long ds la côte.
Documents CERGA
3.4ji,lq.u.AV.\¿" :Influença de l'impLaataîion d'une zone portuaire sur la dispersion90 ser dea eaux polluées d'un fleuve côtier. (3 - î2 ji)
«».. .i'^tT't.'J. I v">.-;
'^y^^t^-:^ly -L',
3.48.2. pvuy.vs
Il - 30 itinute.1 - proere.-is ion du front des eau.x f luv iales auniveau de» dispjea pr-ociies de la plage. (8 - iJji).
Cttlliouro
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Thermographic (8-12|i) 21h30^ Régíagcs bloqués Alt:2Q00niFig. .3.49.1.
Thcrmoijmiihie (Q-12ti) nayjaycs htoqués Alt:13S0mI iQ. 3.49.2.
129
3.2.2.3. Transport" ds sédimsnts
La connaissanca des flux de charge en sédiment d'uncourant, de son origine et de son aboutissement per¬met de définir les zones d'affouillemsnt des berges etaussi les zones d'envasement et d'évaluer la vitesse
du phénomène. Cette connaissance est importante pourla protection des ouvrages existants et la prévisiondes nouveaux ouvrages à réaliser : pont, port, plage.(1)(2).
3.2.2.4. Apports telluriques en mer : rivières, eaux de ruis¬sellement ...
Les résurgences d'eaux douces sont accessibles parthermographie infrarouge. La connaissance de leurdébit, de la topographie et de la nature des solsau voisinage permettent de savoir s'il faut ou nonet où lies capter.
Les apports telluriques d'autre nature ont une chargeen sédiment et aussi une charge polluante. Leur con¬naissance est donc aussi nécessaire pour les aménage¬ments précédemment cités.
De plus, il doit être possible d'établir une relationentre leur degré de charge et leur taux de salitinité 'et définir ainsi leur zone d'influence. La connaissanca
du taux de salinité est une donnée importante pour laproduction algale ou la conchyliculture.(l)(2)(3)(4).
130
3" .Z: 3". Bathymétrie- ( I)'
Souvent les cartes bathymétriques du littoral, des lacs, 'desretenues d'aau n'existent pas ou ne sont pas récentes. Laurconnaissance est' importantes dans T étude de la dynamique desmassas d'aaux ou l'évaluation d'un volume d'eau (cf, § 3.2.4.)'ou en sédimentologie.
Elle est accassibTe pour les faibles fonds et par eau trèsclaire. De plus il faut un fond assez homogène quant l saconstitution ou sa couverture.
3.2.4. Eaux lacustres : (1)
PrsQTctr soTYr© î'^ évcltrfrWT»»- de? Iai.att3fttitár 4' aau retsaue per¬met; d'êquiTibrer Ta demande en sau courante' (hydro él actri ci¬té, irrigation, eau potable) et la dsmande de type qualita¬tif" (tourisme, pêche,...).
La" quantité est évaluée â partir de la mesure par télédé¬tection de la surfaca libre, et de la connaissance de labathymétrie. Catta méthode de mesure est surtout intéres¬sants pour les plans d'eaux difficilement.accassifalss.
3.2.5. Herbiers "Bloom" phytoplanctonique
Las herbiers ne prospèrent que dans des aaux da qualitésatisfaisante. La régression de leur couver-ture an un pointde la côte est un indicateur de dégradation du milieu.L'évolution da leur cartcçraphia aide donc à l'identifica¬tion des causes da poTTntiorrr et parisnt è >sar rád«ct"Fon..
Laur limite inférieure (- 50 m) n'sst pas accessible partélédétaction visible.
Leur limita supérieure est accessible par détaction visi¬ble. Capendant, la résolution spatiale des radars latérauxest trop faible pour traiter sfficacsment ca problème et ilTest à Tai de d'un sonar latéral monté sur un bateau.
De la mime façon, la présence d'une prolifération dephytopl anc"tan sur un lac sst un indice d' sutrophisa-tion partielle st la cartographis quantitative ds lachlorophylle. Ella peut parfois permettre de localiseri ndi rectament lss sources da pollution, et donner une .me¬sure, da» 1 sur étandue-
../
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ETUDE DE L'ENREGISTREMENT THERMOGRAPHIÇUE
DU 3 OCTOBRE 1975 A 19 Heures 30
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QU 3. OCTOaaE 1975 A tS. He«raa 30
'FigTire 3 SO 2
133
3.2.6. Rsjsts thermiques : (figures 3.50.1, & 2)
Leur présence peut entraîner un certain type de pollutionpar la variation de la température de Teau pouvant aboutira la- création de microclimat" comnre à une modification de lafaune et.de la flore sf -leur -débit est grand.
Mais, il y a surtout rejet thermique lorsqu'il y a refroi¬dissement par Teau d'une unité de production, c'est-à-dire,prise d'eau de la même importance.
Lorsque T uni té est en projet, il faut choisir le site puisles points de prise- d'eau et de rejet. Ceci se fait à l'ai¬de d'une étude dynamique des masses d'eaux à laquelle onadapte un modèle thermique (1).
Lorsque l'unité est en production, il faut s'assurer que ladifférence de température entre la prise d'eau et le re¬jet est conforme aux normss
La télêdétsction psrmst une cartographie de la répartitionrelative des températures de surface , .- Malheureusement,le gradient vertical est très variable et la thermographiede surface ne permet généralement pas une extrapolation surce qu'il se passe pour la masse d'eau. Cependant, cette car-,tographie permet de localiser les points où des mesurss lo¬calss de gradisnt ssraisnt lss plus significativss.
L2.4r
3.3. Apport dans les modèles de gestion de ressources en eaux
La tendance nouvelle à créer des modèles d'aide à la gestion deressources oblige les spécialistes de Teau î é-largir leur champd'action au dcmaine de la "danande" et va dans le sens d'une mul-tidisciplinarité favorable S la télédétection. Parmi les essaisd'emploi de la télédétection, on note une orientation netta destravaux américains de d&nonstrati on dans ce sens.
3.3.1. Cas d'un modèle régional de gestion
Lorsqu'existsnt certains modèles régionaux (ou modèles demailles) de gestion des ressourcss en eaux, il est possibled*y. intégrer efficacanent les données de télédétection.
A cat égard Tessai réalisé en Californie (1) sanfale exem¬plaire et positif.
Le contexte de l'étude parait très important : région sami-aride, dans laquelle la principale consommation d'eau résultedes irrigations ; la ressource est formée par l'aquiféresous-jacent et de plus en plus par de Teau importée- aumoyen de canaux.
... La modèle hydrologique maillé existant canprend de nombreusesvariables d'eau souterraine, mais aussi d'occupation du sol,(fig. 3.50.1). ' .
- surfaca irrigués : 3.200 ÎCm2- modèle maillé à 250 noeuds
- mailles '^ 15 laB2 - / 100 parcelles '^ 4,000 pixels- parcellaire : maille 4,0 x 4,0 hm = 16 ha ü 40 pixels- module annuel moyen d'irrigation : 750- mm- planlmétrie annuelle : 130 à 30 mm
Dans la version antérieure à la télédétection, la prévisionde débit consommé se faisait par le produit de modula d'ir¬rigation avec les surfacas cultivées répertoriées par en¬quêta (fig. 3.50.2).
La variabilité annuelle des principales cultures est consi¬dérable et leur module d* irrigation varie alors -sensiblement
S surfaca besoin en sau nature de
irriguée lO^.l.ha.an la culture
7 4,3 avoine24 3,0 coton17 12",Z luzsrna
135
KERN COUNTY: NODAL POLYGON NETWORK
N
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4 ) I /. M I I / J /./:/ I ? ¿ I?-vj I II I . I I I I . I . I ll I tffln /
nuuo. m» <<» f
0«-Qa,»Qcs*Q=»*Z = AS
Fig,..3.50,l.The nodal polygon net\-/ork of the KCaA wateraccounting modsl,
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136
WATSB OEÎ^IAiNO PREDICTION: VASIABUSS ANO PROCEDURES
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1
N.!r^jy^i
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¡«. Tnm
iain«kna>
<d^nixinim» 'ag'w.i
Jl I il 1 f^. y .^r,.
Fîq..3.5Q.2.Watar Demand Prediction. On the left' is the basicwater dsmand prediction procadure including listings of specificvariables and the basic elaments of the procedure. On tha rightis a ranga of possibl.e prediction procedures (from general tospecific) and the procedures selected by GRSU personnel to-generate water demand predictions as required by the iCCWA model,-
137
par rapport au module moyen du Comté, ce qui constitus uneimportante cause d'erreur pour la prévision de consommation.L'apport de la télédétection s'est situé au niveau d'unemeilleure définition des périmètrss irrigués st dss culturssclaisemées de. chaque type". Les données utilisées étaientcelles de Landsat,de haute altitude,de Skylab. Les essaiscomparatifs réalisés dans un secteur où l'entrée d'eauétait connue avec une précision de + 5 % montrent que laprécision de consommation annuelle n'est systématiquementinférieure que de 8 à 10 % à., la quantité réellsment utilisés :l'écart entre css quantités sensiblement voisin de l'impré¬cision de mesure, montre que cette méthode est relativementprécise *, les comparaisons de coQt (enquête) et surtout devitesse de production des résultats sont d'après les auteursnettement en faveur de la télédétection. (tableau 3.2.).
SI ce résultat paraît prometteur, il reste à en tester lavalidité en France, dans des conditions de taille de parcel¬laire généralement moins favorables (mais cf. 3.1.3.3.), etde pratique d'irrigation différente, et bien sûr, lorsquedes modèles régionaux maillés existant sont aptes â prendreen compte ces informations d'occupations de Taspaca.
TABLEAU 3.2.
ACCURACY Of MATER DEi-tANO ESTIMATIONS DERIVED USING ANNUAL
LOST HILLS DISTRICT CROP DATA Cu. M. (Acre-Feet) '
CO
1969. 1970 1971 19721
1973 ! . 1974
Predicted
Mater Qemand36,997,053
(29,994)37,929.565
(30,750)02,501.065
(66,092)95.631.044
(77.530)1 100,500.760
(B7.963)1 130.907,319
(112.614)
Actual
Water Demand36,511,061
(29.600)39,630,537
(32.129)91,271.405
(73,995)106;a$6.440
(0^711)126.300,536
(102,400)155.690.101 1
(127.040)
Error
1
405.992(394)
1.700,971(1,379)
0,761.421(7.103)-
11,3?4.596-(9.1Û1)
17,007.777.(14,437)
10,790.062 1(15.234) 1
t Erro)^ +1.3« -4.3Í -9.6% irio.eï -14.U -11.9%
Mean Error for all Years . -0.6X
1^^,,:J.1
139
3.3.2. Cas d'un modèle de prévision de débit de crue : essais desensibilité (1)
Sur un modèle de prévision de crue, des essais de "sensibi¬lité" sont effectués pour voir quelle ampleur de variationde chacun des paramètres significatifs est la cause d'unevariation minimale significative du résultat de ce modèle :le débit de crue. Parmi les 26 variables significatives,6 sont accessibles par télédétection (Landsat et Ü.2.) : surfa¬ces imperméables (FIMP), eaux libres (FvJTR), forêts (FFOR) ;densité de végétation et capacité de rétention (VINTMR),coefficient de rugosité à l'écoulement (OF>tN), longueurmoyenne du cheminement de Teau (OFSL).
Ls models (Stanfard IV ou Kentucky Watershed) est semble-t-ildéterministe global (cf. tableau 1.1.) et ne parait pas mail¬lé, ce qui élimine un atout important de la télédétection : lalocalisation spatiale des variables utiles.
La figure 3.51.1. montre un résultat typique, pour des épiso¬des pluvieux bien individualisés et le paramètre surface im-perméabla, pour le bassin versant test dans lequel la surfaca
imperméable vaut 10 % de la surfacs totale.
La figure 3.51.2, montre l'influence relative des différentsparamètres cités augmentés de certains autres accessibles partélédétection opérationnelle dans un avenir, proche*.
Cette méthode d "évaluation semble intéressante à mettre en eou-
vre mais les modèles globaux sont a priori moins favorablespour l'emploi de la télédétection que les modèles maillés.
FIRR : énsrgis réfléchis par la neige ; LZC : teneur en eau du solFSS : coefficient de pente.
140
TOW.N C.'ÏSHX V/ATS3SHSO
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Fig. "3-51 .1- oosaviaua assa sarsnirrrr ïoa. ssàscyAX. sroBia0» TQW» OSiS. A£J13A¿U.
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3.3.3. Projets de démonstration pour l'utilisation de la télédétac¬tion cans les ¡ncaéles hyoro logiques (£.IJ,)
Parmi tous les résultats annoncés dans la littérature très*âijondanta du dcmaine da télédétaction,cartains. ont samo lé suffi-
sanroent probants pour.qu'une seconda ' phase 'd'. acti on. soit engagé*A la période passée d'actions partiel lss et de faisabilitésuccède la misa sur pied da projets intégrés, ancrés sur lasmodèles hydrologiques de gsstion, dans las domaines reconnusplus accessibles.
141
3.3.3.1- Modalités
L'apport actuel da la télédétection se situant aunivsau géographique st de l'occupation du sol, onsxtrait lss model ss les variables qui s'y raccordentet on évalue l'intérêt de la télédétection sur ces
variablss par dss études de sensibilité telle celledécrite en 3.3.2. Cette approche est systématisée(1) à l'ensemble des modèles utilisés par les princi¬pales administrations américaines. Des comparaisonsde rapport coût-efficacité sont effectuées entre lesrésultats obtenus par méthode conventionnelle oumodifiée ; le domaine géographique d'application leplus favorable est certainement celui des grands bas¬sin-versants ou de bassin-versants moyens traités ensérie. On s'intéresse â l'intégration des données detélédétection d'origines-; diverses en un. snssmbls cohê-
. rent -avant -leur- introduction dans cas modèles.
L'utilisation ds techniques prochainement opération¬nelles (IR thermique, hyperfréquence) est envisagéeultérieurement.
3.3.3,2. Création de structures d'opération
Deux projets de "démonstration" sont engagés entre laNASA et des Administrations utilisatrices (2) :
- "operational applications of satellite snowcover"depuis quelques années ,dont les objectifs rejoignentceux de l'O.n.M. (3) : "Snow studies by satellite".
- "water management and control project", (avec Ar-ñy-.Corp of Engineers) orienté vers l'analyse hydro-logique, de l'utilisation du sol et l'emploi de mo¬dèles .
Sur ces actions nouvelles originales nous disposonsde peu ds détails, mais il apparaît dès à préssntqu'elles constituent le moteur qui permettra aux USAd'aboutir dans de courts délais à des résultats si¬
gnificatifs et sans doute réellement opérationnels.
Ce contexte n'est pas sans analogie avec l'actionque mène actuellement l'OPIT.
A une échelle plus réduita, qui ne tient peut-êtrequ'à, une différence d'âge, ces actions rappellentle programme Lacis du domains ds Tagri cul turs.
142
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-143
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Z - Cloud photographs from satallitas as a hydrolo-gical tool in remota equatorial regions.R.C. 6R0SH, and all.Journal, of hydrolo^ - 18 - (1973). 147 - 161
3-- Hydrologie apolications of Nimbus 5 ESMR dataT. SCHUNUGGE." et all - NASA/GSFC - Fêv. 74 -X 910.74. 51.
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3 - Progress in measuring snow cover, from ERTS imageryM.E. Evans - 1974 - 42th annual. Western Snow con¬
ference, p. 3-45 Fort Collines
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147
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(3) cf. référença (5) chapitre 2-
