Télédétection et modélisation de l’évolution des ressources en eau dans les régions semi-arides. – TERRA

Nous partirons de la parcelle de quelques hectares pour identifier les processus hydrologiques dominants ; les mécanismes de la réponse aux changements de l’environnement et les moteurs socio-économiques des changements environnementaux. Pour venir en aide aux stratégies de gestion des ressources en eau nous irons jusqu'à couvrir l’échelle régionale qui atteint plusieurs milliers de km2.

Un premier verrou scientifique devra être levé en ce qui concerne la modélisation hydrologique. Les modèles hydrologiques sont parmi nos meilleurs outils pour comprendre l’évolution passée et future des ressources en eau. Cependant, la modélisation de la réponse d’un système hydrologique aux changements environnementaux représente toujours un verrou scientifique. Les aspects particulièrement intéressants mais difficiles à modéliser sont : i) les rétroactions possibles entre les modifications hydrologiques et les changements environnementaux et ii) la réponse complexe d’un système hydrologique intégré (surface et souterrain) à plusieurs changements environnementaux. Les observations de télédétection pourraient fournir un appui important à la modélisation des eaux de surface et souterraines dans les régions arides et semi arides, mais n’ont que rarement été utilisées dans ce cadre et surtout lorsqu’il s’agit de modéliser des changements hydrologiques. Dans ce programme de recherche, je m’efforcerai de développer cette méthodologie en employant une vaste gamme d’instruments satellitaires et aéroportés à des échelles spatiales et temporelles diverses pour le calage et la validation des modèles hydro(géo)logiques destinés à la simulation de l’impact des changements environnementaux.

Un deuxième verrou sera levé grâce aux innovations récentes en gravimétrie spatiale. La mission satellitaire GRACE représente le seul moyen d’obtenir des estimations régionales de l’évolution des eaux souterraines dans les régions peu instrumentées.

Trois grands types de changements hydrologiques ont été identifiés en zones semi-arides : la surexploitation des eaux souterraines, l’utilisation intensive des eaux de surface, et l’impact du changement de l’occupation des sols. Trois grands bassins hydrologiques et hydrogéologiques ont été sélectionnés comme sites d’étude, chacun représentatif d’un des grands changements hydrologiques : le système aquifère de la plaine de Marrakech, le bassin des Iullemmeden et le bassin du Sénégal. L’aquifère de la plaine de Marrakech représente l’un des deux chantiers principaux de cette Chaire d’Excellence. La baisse continue de la nappe, importante et généralisée, témoigne de la surexploitation liée au développement agricole dans cette région ; sans doute beaucoup plus forte que ne l’indiquent les estimations actuellement disponibles. Dans la vallée du fleuve Sénégal, j’aiderai l’UMR G EAU à monter un nouveau projet fédérateur pour étudier l’impact de grands barrages sur les zones humides et les réserves en eaux souterraines qui accompagnement le fleuve. En parallèle, mais avec un investissement humain et financier moindre, je continuerai à travailler dans le bassin des Iullemmeden afin de quantifier l’impact hydrologique de la déforestation. Les points communs de ces trois zones sont d’une part de posséder des ressources en eau en pleine évolution sous l’effet de pressions anthropiques, et d’autres part de manquer de données de terrain pour prévoir l’évolution à venir de ces ressources ainsi que leurs réponses aux diverses stratégies de gestion. L’étude de ces trois régions semi-arides forme donc un ensemble cohérent qui devrait nous permettre de mieux comprendre les divers mécanismes des changements hydrologiques et les interactions complexes qui existent entre l’homme, l’environnement et le cycle de l’eau.

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Les résultats scientifiques de la recherche entreprise dans ce projet seront largement diffusés à la communauté scientifique internationale par le biais de publications dans les revues spécialisées de haute qualité (e.g. Water Resources Research, Journal of Geophysical Research, Nature Climate Change, Journal of Hydrology, Global and Planetary Change) et de présentations lors de conférences internationales (Union Européenne de Géophysique). Le cas échéant, nous avons également l'intention de communiquer nos résultats au moyen d'entrevues radio et de télévision ainsi que des articles de journaux/magazines destinés au grand public.
Je participerai à l’organisation de conférences dans le cadre de l’AIHS et de l’AIH. Je profiterai également de ces occasions pour proposer des sessions scientifiques spécialisées ou des ateliers de travail sur le thème de notre programme de recherche. C’est avec grand intérêt que je participe déjà depuis plusieurs années à deux comités scientifiques dans le cadre du programme hydrologique international (IHP) aminés par l’UNESCO : GRAPHIC et G-WADI. Les résultats de notre programme de recherche s’insèreront parfaitement aux missions de ces deux comités internationaux. Grace à ces groupes de travail, nous partagerons notre expérience avec des collègues confrontés aux mêmes questions scientifiques dans d’autres régions du monde. Nous profiterons également de cette plateforme pour valoriser nos résultats auprès des institutions gouvernementales chargées de la gestion des ressources en eau.

La cadence actuelle des changements globaux affectant l’environnement est sans précédent. A ce titre, le sort des ressources en eau dans les régions arides et semi-arides est particulièrement préoccupant. A la rareté naturelle de l'eau et à sa très forte variabilité spatio-temporelle s’ajoutent un des taux les plus élevés du changement de l'environnement, ainsi qu’une explosion de la demande pour alimenter une population et un secteur agricole en forte croissance. Jusqu'à présent, la plupart des études publiées dans la littérature scientifique sur ce sujet sont limitées dans leur couverture spatiale et temporelle et se concentrent souvent sur un seul compartiment du cycle de l'eau. Ainsi, l'étendue spatiale et la dynamique temporelle des changements hydrologiques dans les régions arides demeurent en grande partie inconnues. De même, les mécanismes qui contrôlent la réponse conjointe des eaux de surface et des eaux souterraines à des stress multiples restent mal compris. Une grande partie du problème provient du manque de données in-situ à grande échelle et sur le long terme ; un phénomène qui est récurrent dans toutes les zones semi arides.

L’objectif de mon programme de recherche au sein de l’UMR G-EAU est de mieux comprendre l’histoire récente de l’eau dans les régions arides et semi-arides afin de prévoir l’évolution à venir de ces ressources rares et d’adapter les politiques de gestion. Pour pallier le manque de données de terrain qui représente un verrou scientifique dans ces régions, j’analyserai de nouvelles observations issues de la télédétection. L’analyse de ces observations se fera de manière intégrée avec les données in situ et de l’échelle régionale à celle de la parcelle. L’ensemble de ces observations sera assimilé dans des modèles hydrologiques et hydrogéologiques afin de quantifier l’évolution des ressources en réponse aux changements globaux de l’environnement. La phase ultime du travail sera l’intégration de nos résultats de recherche vers des modèles plus généraux prenant en compte les aspects socio-économiques. Ces résultats permettront d’informer les décideurs et les gestionnaires, de l’évolution hydrologique et socio économique au long terme sous l’influence des diverses stratégies de gestion.

Cette demande de Chaire d’Excellence s’inscrit dans le cadre d’un retour permanent en France. Elle me permettra d’être employé par l’Institut de Recherche pour le Développement (IRD) pour travailler sur ces questions scientifiques au sein de l’UMR G EAU, basé à Montpellier.