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Altimétrie spatiale

Par LEGOS Dernière modification 04/02/2014 10:49

Altimétrie spatiale sur les lacs continentaux

 

Contexte

Le bilan hydrologique d'un lac recense l'apport d'eau sur le bassin versant, et le confronte aux pertes par ruissellement, évaporation et infiltration. Il peut être affecté par des changements dus aux activités humaines (barrage, irrigation) ou par des changements climatiques. C'est donc un indicateur sensible aussi bien du climat que des ressources en eau à l'échelle d'une région.
Les paramètres de ce bilan (précipitation, évaporation, apports/pertes d'eaux de surface et souterraines) ne sont à l'heure actuelle disponibles que par le biais de mesures de terrain ou la modélisation. Toutefois, les mesures in situ des hauteurs d'eau sont insuffisantes voire inexistantes ; les précipitations sont mesurées à partir de stations pluviométriques réparties de façon inhomogène ; les apports d'eaux souterraines sont souvent inconnus ; enfin l'évaporation est un paramètre pour lequel il existe très peu de mesures directes : il est calculé par l'intermédiaire de modèles nécessitant un grand nombre de paramètres parfois mal connus.

Les observations des missions altimétriques existantes apparaissent donc comme un complément de première importance pour la surveillance des niveaux d'eau des lacs continentaux à l'échelle globale, même si les données in situ ne peuvent être totalement remplacées par les données spatiales.

L'objectif des études menées dans l'équipe GOHS est de quantifier les fluctuations spatio-temporelles des bilans de masse d'eau de surface, et étudier le lien entre cette composante du cycle hydrologique continental et la variabilité climatique (en particulier la réponse des eaux de surface aux événements ENSO ou aux fluctuations de la NAO, etc.).

Un autre axe d'étude concerne les grands réservoirs artificiels dont le nombre s'est multiplié ces dernières années et qui jouent un rôle mal connu dans le bilan hydrologique régional.




Travaux effectués et principaux résultats


Les études réalisées ces dernières années ont surtout concerné des lacs pour lesquels un flot important de données in situ sont disponibles, ce qui permet d'utiliser en synergie les observations altimétriques et les données de terrain : les études ont porté notamment sur les variations interannuelles du lac Issykkul et de la mer d'Aral que l'on peut relier au bilan hydrologique de ces étendues d'eau continentales (Aladin et al., 2005, Crétaux et al., 2005a, 2005b), ainsi que les grands lacs africains en relation avec la variabilité climatique de l'océan Indien (Mercier et al., 2002).


Mer d'Aral


L'étude sur la mer d'Aral (bassin nord et bassin sud) combinant variations de niveau d'eau par altimétrie, données de pluviométrie, de ruissellement de surface et des sorties de modèle d'évaporation a permis d'affiner le bilan hydrologique de ce basin par rapports aux études préexistantes, et d'en déduire la possibilité d'un apport d'eau souterrain important qui était totalement occulté (Crétaux et al., 2005a). La figure 1 montre, pour la période 1993-2004, la variation du volume de la mer d'Aral (petite et grande Aral) combinant mesures altimétriques de Topex/Poséidon et Jason-1 (pour les niveaux d'eau) et des images par satellite (pour la surface). L'estimation basée sur les mesures in situ est superposée. On note une diminution considérable du volume de la grande Aral, passant de 240 km3 début 1993 à 90 km3 en 2004.

L'étude de la petite Aral montre d'importantes fluctuations interannuelles liées à l'existence ou non d'une digue. Depuis 2002, le niveau de la petite Aral remonte de nouveau.


Altimétrie spatiale d-fig1

Altimétrie spatiale d-fig2

Figure 1: Variations du volume de la mer d'Aral à partir des données Topex Poséidon et Jason
comparées aux variations de volume déduite des mesures hydrologiques in situ.
(a) : petite Aral ; (b) : grande Aral



Autres lacs et réservoirs


Dans certains cas, l'utilisation de l'altimétrie sur les lacs souffre de la méconnaissance du géoïde terrestre à petite échelle spatiale et de biais instrumentaux qui dégradent les résultats, sources de difficultés pour la comparaison avec des données de terrain, en particulier pour compléter des séries temporelles historiques de niveau des lacs issus de marégraphes avec les séries déduites des données altimétriques. En 2004 plusieurs campagnes de calibration avec des récepteurs GPS géodésiques sur certains lacs (Issykkul, Aral) ont été réalisées par des chercheurs de l'équipe (J.F. Crétaux, S. Calmant) afin d'établir des profils de géoïde le long des traces des différents satellites. D'autres campagnes de terrain ont également eu lieu en 2005 et 2007 (mer Caspienne, lac Issykkul, lacs andins).

Dans une étude menée sur les lacs de l'Afrique de l'Est (Mercier et al., 2002), d'importantes fluctuations interannuelles du niveau d'eau de ces lacs ont été mises en évidence fin 1997 à partir des données de altimétriques Topex/Poséidon (Figure 2) ; Cette hausse a été reliée à l'événement ENSO de 1997-1998 via un excès de précipitation sur l'Afrique de l'est et sur l'ouest de l'océan Indien en réponse à un réchauffement de cet océan à cette époque.

Une base de données globales de hauteurs d'eau d'une centaine de lacs et réservoirs a été développée à partir des observations de plusieurs satellites altimétriques (voir fiche HYDROWEB). La figure 3 montre les variations d'un réservoir (Lac Buharyat) situé en Irak.

Altimétrie spatiale d-fig3

Figure 2 : Variations du niveau du lac Mweru (Afrique de l'Est) d'après Topex/Poseidon.

 

Altimétrie spatiale d-fig4

 

Figure 3 : Variation du niveau du lac Buharyat (Irak). Ce lac est un réservoir, affecté par les effets anthropiques.

 

Contacts : J.F. Crétaux, M. Bergé-Nguyen, M.C. Gennero, A. Kouraev, S. Calmant, A. Cazenave

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