OpHySE

Operational Hydrology from Space and modEls

Projet terminéEn 18 mois de développement, OpHySE aura permis la mise en œuvre de la plateforme de prévision hydrologique SAGUI (https://sagui.hydro-matters.fr/), dans laquelle on retrouve différents indicateurs hydro-météorologiques adaptés aux bassins de Guyane. Cette plateforme permet le suivi en temps réel des bassins versant de Guyane au travers d’indicateurs d’alerte et/ou de changement climatique : écart des débits actuels par rapport aux débits « normaux » sur plusieurs décades différentes, niveau d’alerte débit en des points d’intérêt, alerte intensité des précipitations, et qualité de l’air. Le tout est basé sur des données satellitaires, converties, pour les débits, au travers d’un modèle hydrologique.

PRÉSENTATION

La Guyane est LE territoire français d’hydrologie tropicale. Couvert à 90% de forêt amazonienne, il est délimité au nord-ouest par le Maroni (frontière avec le Suriname) et au sud-est par l'Oyapock (frontière avec le Brésil). Ces deux fleuves représentent des frontières particulièrement sensibles, à la fois pour des raisons sociales, politiques, économiques et environnementales.

L’intégralité des infrastructures routières étant localisées sur la côte, le Maroni et l'Oyapock constituent l’unique moyen d’acheminement des marchandises, des biens et des personnes vers les villages localisés dans la partie amont des bassins. Ces fleuves représentent aussi la voie par laquelle transitent les travailleurs illégaux et les produits de l’orpaillage, en provenance de ou vers les pays riverains, facteurs de problèmes sociétaux et de tensions diplomatiques.

Sur les fleuves de Guyane, la remarquable maîtrise des piroguiers permet d’acheminer tous types de biens et de marchandises. © Jacques VERRON

Le contexte Amazonien rend donc ardu l’équipement et la maintenance d’un réseau de surveillance hydrologique ad hoc, sans compter l’impossibilité d’un tel suivi pour les affluents Surinamais et Brésiliens, qui pourtant représentent une part conséquente des apports en eau sur le territoire guyanais. Outre le Maroni et l’Oyapock, sept fleuves de plus de 100 km de long traversent la Guyane. L’un d’eux, la Sinnamary, par le biais du barrage de Petit Saut, fournit au département une part importante de son électricité, dont le Centre Spatial Guyanais (CSG) est un utilisateur majeur. De plus, comme toute la région Amazonienne, la Guyane subit actuellement les effets du changement climatique. Sachant que 90% de la population habite sur la bande littorale, la plus instable et mobile du monde, à moins de 2 m d’altitude, les changements sur les cours d’eau pourraient mettre en péril les populations (augmentation des risques d’inondation en raison d’événements extrêmes plus intenses, diminution de la potabilité de l’eau à cause des remontées salines plus fréquentes en raison d’étiages prolongés, difficulté accrue d’accès aux soins et à la nourriture, etc.) et la biodiversité locale.

Le projet OpHySE (Operational Hydrology from Space and modEls) a donc visé la mise en place d’une plateforme de suivi en temps réel de l’état des fleuves et d’aide à la navigabilité sur le territoire de la Guyane.

Réseau hydrologique concerné par le projet © Stéphane Calmant

Cette plateforme permet aujourd'hui un suivi en temps réel de l’état des bassins (débit et navigabilité) mais également des analyses des tendances climatiques au travers de ré-analyses alimentées par les séries temporelles longues de données altimétriques et de pluie. Cette information en temps réel permet aux services de l’état et du territoire ainsi qu’aux acteurs de la société civile d’analyser les risques liés à un excès ou à un manque d’eau dans les cours d’eau, et de planifier des déplacements et interventions notamment.

Dans une phase II du projet, des modes de prévisions pourront être mis en place via l’utilisation de prévisions hydrométéorologiques opérationnelles ou des prévisions sur l’évolution des pluies moyennes aux horizons 2050-2100. Notons également qu’un couplage avec la partie ‘qualité des eaux’ (e.g. charge sédimentaire, rejets de polluants d’orpaillage, etc.) et l’hydraulique fine pourra également être envisagé dans le futur.

De nombreux acteurs français de l'hydrologie ont l'ambition d'un grand projet de développement d'une hydrologie spatiale et opérationnelle dont OpHySE se positionne comme une étape significative. OpHySE a ainsi réuni :

• des laboratoires et instituts de recherche dont les travaux alimentent la plateforme (LEGOS, GET, INRAE Aix en Provence, CNES) ;
• des utilisateurs (DGTM, OEG, OIEau), impliqués dans le design et la validation de la plateforme ;
• des PME qui opérationnalisent la plateforme  (Hydro-Matters, Magellium, CS) quand d’autres analysent le modèle économique et élaborent les interfaces vers l’utilisateur (WeatherForce, Pi-Geosolutions).

Méthodologie

La méthodologie utilisée se veut reproductible et robuste. Les débits sont estimés sur l’ensemble des bassins par modélisation hydrologique et hydrodynamique pluie/débit (en utilisant le modèle MGB), dont la qualité est validée grâce à des données in situ (disponibles sur le site du SCHAPI ou collectées sur le terrain). Cette estimation temps réel (grâce au produit de précipitation GSMAP) est améliorée grâce à un schéma d’assimilation EnKF de données de débit par altimétrie. Ces débits à assimiler sont obtenus à partir des stations virtuelles mises à jour en temps réel dans Hydroweb/Theia, stations virtuelles dont les hauteurs d’eau sont converties en débits au travers de courbes de tarage Hauter/Débit obtenues au préalable.

Localisation et qualité (du jaune au bleu, de 0,2 à 0,95) des courbes de tarage utilisées actuellement dans la plateforme, et correspondant aux séries disponibles sur hydroweb avec une série temporelle suffisamment longue pour calculer les courbes de tarage. © Hydromatters

Site(s) d’application

Guyane française, Amérique du Sud

DONNÉES

Satellite

• Jason-3
• Sentinel-3
• Sentinel-6
• Missions contributrices au programme GPM, dont notamment le satellite Franco-Indien Megha-Tropiques

Autres

• Données in-situ acquises lors des campagnes de mesures, notamment les informations de bathymétrie et de courant, dans le cadre de la Cal/Val de la mission SWOT et du projet ESA St3TART.

RÉSULTATS - PRODUITS FINAUX

• Plateforme SAGUI : https://sagui.hydro-matters.fr/

Le projet OpHySE contribue grandement à la plateforme SAGUI, en étant son principal pourvoyeur d’informations et de données. Grâce à ce projet, l’état hydrologique des principaux bassins versants du territoire de Guyane (Maroni, Mana, Iracoubo, Sinnamary, Kourou, Mahury, Approuague, Oyapock) est disponible en ligne gratuitement via le lien https://sagui.hydro-matters.fr/.

Les résultats sont accessibles sur une carte globale avec une représentation colorée de l’état des rivières (débits et anomalie de débit -i.e. écart à la normale-), et plusieurs onglets de navigation fournissant des vues différenciées des indicateurs hydro-météorologiques débit, pluie et qualité de l’air. Les onglets permettent de changer la variable affichée sur l’écran principal et sur les POI (Points Of Interest) identifiés par de grandes icônes sur la carte.

Capture d’écran de l’accueil de la plateforme graphique, avec sur la partie de gauche les différents onglets sélectionnables, la carte au centre et les légendes à droite des onglets. La coloration des cours d’eau est fonction du débit au jour affiché dans l’encart temporel (en haut à gauche). © Hydromatters

• Dans l’onglet « Prévision de débit », les POI sont colorés en fonction de l’écart à la moyenne décadaire entre, au choix, 1980-1990, 1990-2000, 2000-2010 et 2010-2020.

• L’onglet « Alertes de débit » permet de visualiser le niveau d’alerte aux POI (crue ou étiage) associé à ces débits. En cliquant sur l’un des POI, on accède aux séries temporelles de débit sur l’année écoulée et la prévision à un horizon jusqu’à 10 jours.

Capture d’écran : au clic sur le POI « Kourou », la série de débits simulés par le modèle et prévus à 10 jours s’affiche. Il est possible de choisir les dates d’affichage pour visualiser de plus courtes périodes. L’axe des « y » est le débit en m³/s, la ligne pointillée vert est le seuil d’alerte crue faible, la ligne pointillée orange est le seuil d’alerte étiage. © Hydromatters

• L’onglet « Alertes de pluie » permet la visualisation de l’intensité des précipitations sur l’ensemble des bassins versants.

• L’onglet « Alertes atmosphériques » propose un indicateur de qualité de l’air basé lui aussi sur des données satellitaires. Ces deux onglets ont été développés dans le cadre du projet SAGUI, alors que les onglets débits s’appuient sur les données générées grâce au projet OpHySE.

Pour les quatre onglets, l’ensemble des informations visualisées peut être téléchargé via un service d’api disponible ici : https://sagui.hydro-matters.fr/api/v1/.

Calendrier de réalisation

• t0 (juin 2021) : Workshop utilisateur permettant 1) l’inventaire de l’existant, 2) le choix des lieux d’intérêt où l’information sera délivrée, et 3) une ébauche de cahier des charges pour les indicateurs (quelles variables  et à quelle fréquence ?).
• t0+6 mois : Affinage du cahier des charges pour les indicateurs, inventaire des données satellitaires et in situ, données nécessaires collectées dans la base de données et calage du modèle MGB fait.
• t0+9 mois : Finalisation 1) du cahier des charges indicateurs et interfaces utilisateurs défini, et 2) des calages modèle
• t0+12 mois : Analyse de prévisibilité des bassins et mise en place sur serveur
• t0+18 mois : Mise en place de la plateforme opérationnelle chez le client

Saison sèche ou saison des pluies, le débit des fleuves (et par conséquent leur navigabilité) varie intensément. © Jonathan CALMANT

Les actus du projet

• 16/10/2023 : Présentation du projet OpHySE et de ses avancées lors de la 10^ème Trimestrielle du SCO France « L’eau : entre stress et risques »
• 19/07/2023 : OpHySE livre sa plateforme pour le suivi hydrologique des fleuves Guyanais en temps réel
• 28/02/2022 : Direction Guyane avec OpHySE, avancement à février 2022
• 16/09/2021 : Également porté par l’équipe HydroMatters, le projet SAGUI se nourrira pour partie des données d’OpHySE afin de fournir un suivi en temps réel de variables environnementales et climatiques sur tout le territoire de Guyane à des fins de surveillance et d'alerte en cas de risque imminent. SAGUI (Sig d’Alerte pour la Guyane sur l’eaU et l’aIr) a reçu le second prix du Space tour 2021 dans le cadre du volet territorial du Plan de Relance Spatial, sur la thématique « Aménagement du territoire guyanais grâce aux données du spatial ».