Gestion intégrée des ressources en eau par modélisation et télédétection au Maghreb - Maroc-Tunisie. Perspectives dans le bassin de l Oronte

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Marianne St-Amour
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1 Gestion intégrée des ressources en eau par modélisation et télédétection au Maghreb - Maroc-Tunisie (Abdelghani Chehbouni 1 et al.) Perspectives dans le bassin de l Oronte Bernard Mougenot 1, Jihad Al Mahamid 3, Omran Alshihabi 3,4, Mahmoud Al-Sibaï 2,3, Gilles Boulet 1, Abdullah Droubi 3, Ihab Jnad 3,4, Vincent Simonneaux 1, Malik Bahir 1, Pascal Fanise 1 1 CESBIO (UPS-CNRS-CNES-IRD),Toulouse - France 1 Université Al Baath - HIWM, Homs 3 ACSAD, Damas, 4 Université de Damas - République Arabe Syrienne (UPS, CNRS, CNES, IRD) Bernard Mougenot - Séminaire AUF "Eau, environnement, énergie et climat" avril 2011, Beyrouth

2 Contexte : Les ressources en eau au Sud et à l Est de la Méditerranée Les régions méditerranéennes seront affectées par des changements environnementaux majeurs au cours des prochaines décennies : pression démographique, milieux fragiles, "point chaud " du changement climatique avec la diminution des précipitations déjà observée (Giorgo et Lionello, 2008; Battisti et Naylor, 2009). 2

3 Contexte : Les ressources en eau au Sud et à l Est de la Méditerranée L impact de ces changements sur les ressources en eaux entrainera plus rapidement leur rareté et par conséquence, l amélioration de l efficience en agriculture est un enjeu majeur. L irrigation utilise plus de 63% de l eau exploitable dans le bassin méditerranéen et plus de 80% dans sa partie sud. Les plantes rejettent dans l atmosphère sous forme d évaporation plus de 80% de l eau qu elles reçoivent (précipitations, irrigation). 3

4 Objectif : vers une modélisation hydroécologique intégrée de bassins-versants semiarides par télédétection Des recherches sont menées par le CESBIO depuis plus de 10 ans en partenariat au Mexique puis au Sud et à l Est de la Méditerranée. Ces projets associent recherche scientifique et recherche finalisée. L objectif général est de développer des méthodes de diagnostic et de prévisions du bilan hydrique du niveau de la parcelle à celui du grand bassin-versant. (UPS, CNRS, CNES, IRD) 4

5 Le projet SudMed CESBIO- Université Cadi Ayyad, Marrakech, Maroc bassin-versant du Tensift (20 000km²) Nous développons des recherches et proposons de tester des outils associant observations, modèles et données de télédétection pour analyser le fonctionnement hydrologique intégré de grands bassins-versants. Chehbouni A., A. Abourida, A. Boudhar, A. Cheggour, A. Chaponnière, B. Berjamy, G. Boulet, Ah. Chehbouni, L. Drapeau, B. Duchemin, S. Erraki, J. Ezzahar, R. Escadafal, N. Guemouria, L. Hanich, L. Jarlan, H. Kharrou, S. Khabba, M. Le Page, S. Mangiarotti, O. Merlin, B. Mougenot, A. Mokssit, A. Ouldbba, Simonneaux V. 5

6 Mesures et modélisation de l évaporation en zones irriguées Eddy covariance Scintillométrie Température Vent Humidité Radiation Flux de sève Flux d énergie et d eau dans le sol

Les modéles d évapotranspiration sont forcés par de la phénologie suivie par télédétection La méthode FAO par coefficient dual crop (Allen 1998) ET = ( Kcb*Ks + Ke ) * ET 0 Kcb = f(développement de

7 Les modéles d évapotranspiration sont forcés par de la phénologie suivie par télédétection La méthode FAO par coefficient dual crop (Allen 1998) ET = ( Kcb*Ks + Ke ) * ET 0 Kcb = f(développement de la végétation) Ks = f(humidité racinaire) Transpiration Evaporation Ke = f(humidité de l horizon de surface ) demande évaporative climatique => Remote Sensing : Kcb = a*ndvi + b Les relations sont spécifiques pour chaque type de végétation

8 Méthode FAO Double Coefficient Evaporation du sol: Ke Kc = (Kcb*Ks + Ke) Végétation stressée : Ks Végétation non stressée transpiration : Kcb

9 Méthode FAO Double Coefficient Evaporation du sol: Ke Kc = (Kcb*Ks + Ke) Végétation stressée : Ks Végétation non stressée transpiration : Kcb

10 Le développement des cultures est suivi avec des séries temporelles d images satellite SPOT ou Landsat TM Répétitivité 5 à 16 j., résolution au sol (5 à 30 m.), fauchée 60 km SPOT, 180 km Landsat (gratuites) FORMOSAT... Répétitivité 1 à 2 j., résolution de 8 m. MODIS, MERIS : m, synthèse NDVI/15 j. gratuites SPOT VEGETATION 1 Km, quotidien, synthèse décadaire Sentinelle 2, Agence Spatiale Européenne/ESA, Répétitivité de 10 à 5 j. (2 sat.), résolution 10m., fauchée 300 km, 13 bandes spectrales. SPOT 6 et 7, capacités accrues en résolution, ASTRIUM Profils temporels de NDVI (pixel)

11 Image Haute résolution Image Basse résolution SPOT 10-20m MODIS 250m Avantages et inconvénients Précis, pixel pur (1 culture) Faible couverture(60*60 km) Prix élevé (3000 / par image) pixel mixtes (=> mélange) Large fauchée (2300 km) Faible coût (gratuit) 11

12 3 types d utilisateurs finaux Quelle information temporelle? Besoins en eau Agriculteur (parcelle): journalier Intérêt principal du satellite Gestionnaires (niveau du périmètre): saisonnier Planificateurs : scénarios multi annuels 1 année temps Date en cours Exemple de planification = pré-allocation avant chaque saison 2nd MEDA Water Regional Event on Local Water Management Marrakech April 2008

13 SAMIR un outil informatique pour le Suivi de l Irrigation par Satellite (Satellite Monitoring of Irrigation) méthode FAO dual crop + module de sol au pas journalier Pluie + Irrigation = Evaporation + Transpiration + Drainage Profond+ Δ Contenu en Eau du Sol

14 Séries temporelles d évapotranspiration Les modèles pilotés par télédétection (SAMIR, SAFY, SURFEX) produisent des cartes de distribution spatiale et temporelle de l évapotranspiration Décembre Janvier Février Mars Avril Mai

15 Résultats plus proches de l évapotranspiration réelle Illustration de l apport du Satellite Besoins potentiels (ETM) = m3 Consommation estimée (ET) = m3 Standard FAO Kc Remote Sensing Kc Kc Time Kc Time Evapotranspiration cumulée du 17/12/2002 au 31/05/2003

16 Sorties du modèle SAMIR : Estimation des pompages Estimation par satellite de la consommation Know surface Irrigation Quantité apportée par irrigation Differences = Pompages 16

17 Modélisation intégrée : Couplage Couplage SAMIR - WEAP-MODFLOW Modèle SAMIR Collaboration ACSAD-BGR Evapotranspiration Diffusion dans le sud et l Est de la Méditerranée En cours dans le bassin du Tensift au Maroc 17

18 Site Tunisie (Merguellil) Mehrez Zribi 1, Zohra Lili Chaabane 2, Rim Amri 2 1 CESBIO (UPS-CNRS-CNES-IRD),Toulouse 1 INAT (Institut National Agronomique de Tunisie),Tunis Contexte d Etude Merguellil aval: 2000 km², aval principalement irrigué par la nappe (alimentée par le barrage El Houareb). Changement climatique et anthropique: Pression sur l eau (baisse de la nappe de 1.2m/an les 20 dernières années). Semi-aride: évapotranspiration = principal terme de perte en eau à l interface sol- végétation-atmosphère Merguellil Aval Plaine de Kairouan Objectifs du programme * Caractérisation et suivi des états des surfaces par télédétection spatiale multi-résolutions, multi-longueurs d ondes (Radar + Optique) * A terme caractérisation de l évapotranspiration et bilan nappe

19 A la suite à des collaborations initiées dans le cadre du projet SudMed au Maroc et de Projets européens associant des partenaires en Tunisie, en Syrie et en Jordanie, et plus récemment au Liban (enneigement), une extension de ces activités sur le bassin de l Oronte en Syrie est en cours de montage. Ce bassin transfrontalier présente de forte similitudes avec celui du Tensift, dans un autre contexte et pose de nouvelles questions scientifiques et sociétales (forte anthropisation, karst, gradient climatique...). La coopération proposée s appuie à la fois sur des enjeux scientifiques novateurs et des recherches finalisées autour de la question de l eau avec un renforcement des compétences en particulier par la formation. Cadre du programme SICMED/MISTRALS (initiative France) Agro-Metéorologie Hydrologie nivale modélisation intégrée

20 Zone d étude Turquie mm Ghab Liban Oronte/Nahr el Assi Homs Bassin de l Oronte: km² Damascus Syrie Iraq Precipitation and ET0 Precip. average ET0 (year 1325 mm) Jordanie 100 km 20

21 Gestion des ressources en eau dans le bassin de l Oronte : modélisations avec données de terrain et de télédétection Partenariat scientifique (République Arabe Syrienne): Université Al Baath (Homs) -> Higher Institute of Water Management ACSAD (+ BGR et Coopération Pays-Bas => WEAP-MODFLOW) Université de Damas Partenariat avec les organismes d état : Commission de développement du Ghab Ministère de l Irrigation et du Ministère de l Agriculture (UPS, CNRS, CNES, IRD) 21

22 Turkey Bassin-versant de l Oronte (Nahr el Assi) Lebanon Bassin hydrologique de l Orontes : km² Modélisation de la nappe avec MODFLOW (Coopération Syrie/Pays-Bas) 100 km 22

23 Objectif Caractériser le bilan hydrique de la partie avale de l Oronte, et plus particulièrement des plaines du Ghab et d Asharneh, dans un contexte de Changement Climatique, à l aide de dispositifs expérimentaux, de données satellitaires (optiques et thermiques) et de modèles, afin de proposer des outils d aide à la décision aux gestionnaires de l eau dans la région (nappe/irrigation). => Une première approche sur l ensemble du bassin de l Oronte sera testée à partir d images satellites à moyenne et basse résolution. SAMIR expérimentation modèles données de satellites

24 Phénologie MODIS Pas de pompages => peu de cultures d été 01/01 30/06 HIVER Blé + Betterave ÉTÉ Coton + Maïs + Maraîchage + qlq arbres Pompages => Cultures d été 01/01 30/06 20 km 24

25 Applications utiles aux gestionnaires Détermination des besoins en eau des cultures de la région, Dérivation de cartes pédologiques et d occupation du sol par satellite, Estimation de l efficacité de l irrigation à l échelle du champ et du périmètre irrigué, Estimation des volumes pompés dans les aquifères, Estimation de l impact des changements globaux sur les ressources (eau+agriculture), Renforcement des compétences.

26 En conclusion, Les premières opérations prévues Installation de stations météorologiques et de mesures des flux pour la campagne agricole , suivi de l occupation du sol, séries satellite SPOT (carte occupation du sol, tests SAMIR) Stages Mastère, cours et conférences. Financement MISTRALS, IRD Evolution/Ouverture du programme Réponse à des appels d offres multilatéraux avec des partenaires de la sous-région (aspects méthodo, BV Oronte ), Stages et thèses, Formations s adressant aux gestionnaires

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