AMSudSat

Étude des bassins versants d’Amérique du Sud et de leur impact sur le changement climatique global

Présentation

Un premier projet, Hydrosim, a permis de valider l’utilisation conjointe des données in-situ et spatiales (optique radar et altimétrie) et issues de modélisations pour le suivi de la quantité et qualité de l’eau sur 2 sous-bassins pilotes de l’Amazone (Madeira et Tapajos) et également, de proposer une plateforme d’accueil de l’ensemble des produits. Nous proposons d’étendre cette approche au bassin de l’Amazone en fonction des besoins identifiés par les utilisateurs finaux et d’explorer les besoins et actions sur le Paraná.

L’objectif de ce projet SCO, AMSudSAT, est donc d’avoir un monitoring de la quantité et qualité de l’eau sur le bassin amazonien à disposition de l’Agence Nationale de l’eau du Brésil ANA, avec un véritable outil d’aide à la décision pour observer, évaluer la ressource en eau sur le bassin. Les sorties des ateliers avec les acteurs locaux permettront de spécifier les services opérationnels adaptés à leurs besoins avec modèle économique associé. Le développement de ces services aval sera plus conséquent et fera l’objet d’un projet à part entière.

Méthodologie

Le projet sera constitué de 4 phases :

1. Définition des spécifications de besoins des services à développer et à intégrer via la plateforme avec l’ANA (Agence Nationale de l’eau du Brésil).

On peut noter déjà les besoins identifiés par l’ANA : (1) Prévision des crues (service de prévision 5 à 10 jours) et étiages (basées sur la prévision des débits et des surfaces inondées), notamment sur les régions transfrontalières ; (2) Appui à la gestion des ouvrages hydroélectrique (via la connaissance du volume stocké et de la prévision des débits et flux de matière en suspension) ; (3) Services liés à la qualité de l’eau (pollution / irrigation, impact biodiversité).

2. Production des données à l’ensemble du bassin Amazonien :

• Monitoring des principales variables hydrologiques :
  • Qualité de l’eau (matière en suspension, turbidité) à partir de données MODIS et Sentinel-3 en lien avec HydroSat piloté par l’ANA et l’IRD ;
  • Données altimétriques issues d’Hydroweb avec audit et expertise sur les traitements en des points hydrologiquement stratégiques ainsi qu’une densification des stations ;
  • Suivi des surfaces en eau et zones inondées par SAR (radar) / optique et microonde Bande-L GSWAF (Global SMOS Water Fraction) et SWAF-HR(Haute resolution)
• Prévision via modélisation
  • Modèle SWAT sur le bassin amazonien pour prévision et gestion des différents stocks d'eau (notamment ceux en eaux libres), des flux d’eau et des débits et des flux sédimentaires.
  • Modèle GR5J pour l’estimation des débits.
• Validation : les données seront validées en collaboration avec l’ANA, en utilisant également les données du Service National d’Observation HyBam (Hydrologie du bassin amazonien) et en impliquant si besoin d’autres acteurs brésiliens en charge des données terrain (CPRM)
• Ajout d’autres données locales à la demande de l’ANA (données socio-économiques, occupation du sol, infrastructures, etc.).

3. Mise à jour de la plateforme avec l’ensemble des données traitées et in-situ sur le bassin amazonien avec capacité d'analyse des données (chroniques hydrologiques, fiches synoptiques, bibliothèque, cartothèque, photothèque, indicateurs, comparaisons, etc.) et en cohérence avec les besoins de l’ANA et outils déjà existants. Basée sur des technologies libres et open source, cette plateforme développée sous WIMES (Water Information Management Ecosystem & Services) par BRLi permet une grande scalabilité, une capacité à gérer du Big Data, une interopérabilité avec d’autres systèmes (API Rest, etc.), l’intégration de codes et logiciels des métiers de l’eau et l’environnement (scripts R, modèles hydrologiques et hydrauliques), calculs de hautes performances.
4. Un renforcement des capacités des acteurs locaux sera nécessaire, impliquant la mise en place d’ateliers de travail et de formations. Cette étape sera également l’occasion d’identifier un plan de travail sur le Paraná pour lequel le gouvernement paraguayen a déjà montré son intérêt.

Site(s) d’application

• Territoire 1 : Bassin Amazonien, Brésil Bolivie, Colombie, Équateur, France, Guyana, Pérou, Suriname, Venezuela
• Territoire 2 : Parana, Paraguay

Données

Satellite

• Copernicus Sentinel-1 (via PEPS et THEIA)
• Copernicus Sentinel-2 (via PEPS et THEIA)
• Altimétrie (Hydroweb/THEIA)
• GSWAF (CATDS – THEIA)
• MODIS/Sentinel-3
• GPM
• Produits Copernicus

Autres

• Données météorologiques : modèle global GFS, CEPMMT de l’ECMWF ainsi que les données nationales de l’INMET (COSMO et MBAR) et les données TRMM 3B42 et ERA-Interim pour les analyses climatiques
• Réseaux in situ hydro et pluviométrique de l’ANA et du service national d’observation HyBam (intégré dans l’infrastructure de recherche OZCAR)

Résultats – Produits finaux

Une plateforme regroupera l’ensemble des livrables :

• Données d’observation spatiales (altimétrie, suivi des surfaces en eau, surfaces inondées, précipitations, qualité de l’eau, etc.) et in-situ ;
• Suivi hydrologique des bassins et indicateurs de suivi des événements extrêmes, analyse du changement et impact hydrologique ;
• Sorties des stocks d’eau, des débits et des flux de sédiments sur les bassins cibles sur des longues périodes et/ou période cibles en lien avec les évènements extrêmes ;
• Focus sur les barrages hydroélectriques avec indicateurs de suivi ;
• Renforcement des capacités des acteurs locaux au travers d’ateliers de travail, workshops et formations.

Références

• Guilhen, J., Al Bitar, A., Sauvage, S., Parrens, M., Martinez, J. M., Abril, G., Moireira-Turcq, P, & Sánchez-Pérez, J. M. (2020). Denitrification and associated nitrous oxide and carbon dioxide emissions from the Amazonian wetlands. Biogeosciences,17(16), 4297-4311. Lire
• Guilhen, J., Parrens, M., Mercier, F., Al Bitar, A., Sánchez-Pérez, J. M., Santini, W., & Sauvage, S. (2021, July). Daily Estimation of Inland Water Storage in the Madeira Basin During the Last Twenty Years (1998–2018). In 2021 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS (pp. 6040-6043). IEEE. Lire
• Guilhen, J., Parrens, M., Sauvage, S., Santini, W., Mercier, F., Al Bitar, A., Fabre, C., Martinez, J.M., & Sánchez-Pérez, J. M. Madeira floodplain dynamics estimated by hydrological modelling and earth observation data. (Submitted).  Frontiers in Water. 
• IEMSS Sept 2020, Coupling in-situ, remote sensing and modelling tools to enhance water resources assessment over large-scale watersheds: the case of the Madeira Basin (Brazil). iEMSs - 2020 Conference
• IGARSS July 2021 : Daily Estimation of Inland Water Storage in the Madeira Basin During the Last Twenty Years (1998–2018). In 2021 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS (pp. 6040-6043). IEEE. IEEE IGARSS 2021 || Brussels, Belgium || July 11 – 16, 2021 
• AGU December 2021  : Surface water storage in the floodplains of the Amazon Basin during the last twenty years (1998 – 2018).AGU Fall Meeting 2021 

Projet lié

Hydrosim : ce premier projet a permis de centraliser les différentes données disponibles sur une plateforme unique qu’elles soient des mesures terrain, spatiales ou issues des modèles utilisés. Le suivi des quantités et qualités de l’eau ont ainsi pu être réalisé sur 2 principaux bassins de l’Amazone (Madeira et Tapajos).