L’eau, source de vie, est au cœur de notre existence. Si sa quantité sur Terre reste constante depuis plus de 4 milliards d’années, sa répartition, en revanche, change et devient davantage inégale. Sa gestion durable est un donc enjeu crucial pour l’avenir de notre planète. Pour mieux comprendre les évolutions de la disponibilité de cette ressource et les impacts du changement climatique sur le cycle de l’eau, les chercheurs et scientifiques s’appuient sur une approche de plus en plus fine : la complémentarité entre les données spatiales et les données in situ. Mais pourquoi cette complémentarité est-elle si bénéfique ? Explorons ensemble les avantages de cette approche intégrée.
Observer la Terre depuis l’espace : une vision globale
Imaginez pouvoir scruter la Terre depuis l’espace, comme un géant bienveillant. C’est ce que nous permettent les satellites, qui nous offrent une vision d’ensemble à grande échelle des ressources en eau douce comme salée. Grâce à eux, pour l’hydrologie continentale, nous pouvons observer :
- L’étendue des surfaces d’eau : lacs, rivières, zones humides…
- Les variations du niveau d’eau : crues, sécheresses, intermittences…
- La qualité de l’eau : turbidité, présence de polluants…
- Les écoulements
Les satellites offrent ainsi une couverture géographique globale, permettant de surveiller de vastes régions, y compris des zones éloignées ou difficiles d’accès. Ils sont d’excellents observateurs des phénomènes naturels (inondations, sécheresses…) à grande échelle, tant spatiale que temporelle.
Redescendre sur Terre pour une mesure précise
Mais l’observation depuis l’espace ne suffit pas. Les observations satellitaires sont fréquentes mais limitées par les périodes de revisite. Ainsi, les passages des satellites peuvent être séparés de plusieurs jours.
Pour affiner nos connaissances et valider les données spatiales, il est indispensable de revenir sur Terre. C’est là qu’interviennent les données in situ, collectées par des capteurs et des stations au sol.
Ces mesures de terrain, d’une grande précision, nous permettent de :
- Mesurer des paramètres non observables par satellite : salinité des océans, vitesse de surface et débit des cours d’eau…
- Capturer des variations locales et soudaines comme les crues.
- Offrir une surveillance continue à fine échelle, essentielle pour la gestion de la ressource et la prise de décision en cas d’urgence.
- Calibrer et valider les satellites pour assurer la fiabilité de leurs données.
Un mariage des données pour une meilleure compréhension
C’est en croisant les données spatiales et in situ que l’on tire le meilleur parti de ces deux approches. Leur complémentarité est un atout majeur pour l’observation et la surveillance hydrologique continentale. En combinant la couverture étendue des satellites avec la précision et la continuité des mesures in-situ, on obtient une vision plus complète et précise de la ressource en eau et des processus hydrologiques. La modélisation du cycle de l’eau devient plus fiable et permet de meilleures prévisions. Enfin, de nouveaux outils d’aide à la décision au service d’une gestion résiliente de l’eau peuvent émerger pour la protection civile, l’agriculture, l’énergie, le tourisme…
vorteX-io, un acteur majeur de la Cal/Val des satellites
La calibration et la validation des satellites (aussi appelée Cal/Val) est une étape indispensable qui garantit la précision et la fiabilité des données recueillies afin de répondre aux exigences scientifiques et opérationnelles auxquelles elles sont destinées.
La calibration vise à caractériser et à corriger les erreurs dans les mesures pouvant provenir notamment des conditions environnementales, du vieillissement de l’instrument ou encore des algorithmes de traitement des données. La validation consiste quant à elle à évaluer la précision et la fiabilité des données spatiales en les comparant à des références indépendantes. C’est là qu’interviennent les mesures in situ !
Vous l’aurez compris, la Cal/Val revêt une importance capitale pour assurer la qualité et la correcte interprétation des données et ainsi soutenir la recherche scientifique et le développement de nouveaux produits et services. vorteX-io joue un rôle essentiel dans ce domaine. Grâce à notre expertise dans la collecte de données hydrologiques in situ en temps réel, nous contribuons aux phases de Cal/Val de grandes missions ou projets, en étroite collaboration avec les agences spatiales et les experts en charge de la Cal/Val.
Parmi eux figurent SWOT (Surface Water and Ocean Topography), St3TART (Sentinel-3 Topography mission Assessment through Reference Techniques) et St3TART Follow On.
La mission SWOT
La mission franco-américaine SWOT, opérée conjointement par le Centre national d’études spatiales (CNES) et l’agence spatiale américaine (NASA), vise à mesurer le niveau des eaux de surface continentales (lacs, réservoirs et cours d’eau), leur largeur et d’estimer le débit des principales rivières. Elle doit aussi permettre de déterminer le niveau des océans et des mers. Ce sont 90% des surfaces d’eau de la planète qui sont passés au crible de SWOT pour mieux comprendre le cycle de l’eau, mieux maîtriser la ressource et améliorer les modèles climatiques.
En 2022, vorteX-io a déployé une vingtaine de micro-stations et réalisé 4 campagnes de drone avec son altimètre léger VTX-1 sur deux sections de la Garonne : l’une entre le nord de Toulouse et la confluence avec le Tarn, l’autre entre Aiguillon (Lot-et-Garonne) et La Réole (Gironde). A l’occasion d’une collaboration avec l’université de Caen, des données ont également été collectées sur ces deux sections avec un LiDAR embarqué sur un avion, puis retraitées par vorteX-io. Grâce à ces déploiements, nous avons pu recueillir 300 000 mesures de hauteurs d’eau qui ont été comparées à celles du satellite SWOT.
Les projets St3TART et St3TART Follow On
Le projet St3TART est financé par l’Union Européenne et opéré par l’Agence Spatiale Européenne (ESA). Il vise à définir ce qu’est une mesure de référence pour valider les mesures satellitaires sur trois nouveaux types de surface désormais étudiés : les eaux intérieures (lacs, réservoirs, rivières, estuaires…), la glace de mer et la glace terrestre (calottes glaciaires, glaciers de montagne). Dans son prolongement, le projet St3TART Follow On a pour but de produire de manière opérationnelle ces mesures de référence, en soutien aux activités de validation des satellites Sentinel-3 de la mission Copernicus Sentinel-3 Surface Topography Mission (STM).
Dans ce cadre et parmi les nombreuses campagnes effectuées, une campagne spécifique a été réalisée sur le Canal du Midi, près de la ville de Trèbes dans le sud de la France. Ce site a été choisi parce que le Canal du Midi possède une hauteur de surface d’eau contrôlée et une géométrie idéale (le canal est perpendiculaire à la piste de Sentinel-3) : un site parfait pour évaluer les meilleures performances possibles pouvant être atteintes par Sentinel-3 ! En mai 2022, une micro-station vorteX-io a donc été installée sur un pont traversant le canal du Midi, juste sous le passage du satellite. Les hauteurs d’eau précises recueillies par la station ont pu être utilisées pour calculer opérationnellement une mesure de référence et la comparer aux données de Sentinel-3.
Les résultats de comparaison obtenus ont démontré l’excellente performance de Sentinel-3 sur ce site, en accord avec les exigences de la mission.
Les environs de la ville française de Marmande, située sur la Garonne dans le Lot-et-Garonne, ont été identifiés comme autre site idéal pour les activités de Cal/Val du projet, grâce à l’orientation et à l’emplacement favorables d’une trace au sol de Sentinel-3A, et à l’emplacement d’un point de croisement de Sentinel-3A à proximité. Le site est également survolé par une trace de Sentinel-6, ce qui présente un grand intérêt pour les comparaisons croisées entre plusieurs missions. Plusieurs instruments in-situ fournissent des niveaux d’eau le long de la rivière (stations Vigicrues et micro-stations vorteX-io) permettant d’affiner les comparaisons locales avec les mesures altimétriques satellitaires.
En complément, le 8 février 2022, un drone équipé de l’altimètre léger VTX-1, embarquant un LiDAR et une caméra, a été déployé par vorteX-io pour mesurer la hauteur d’eau de surface sur un tronçon d’environ 20 km le long de la Garonne. Des survols de la station Vigicrues à Marmande ont également été effectués à titre de comparaison. Ces mesures ont été utilisées pour déterminer la pente du fleuve, identifier les spécificités locales (chutes d’eau, mares, etc…) et assurer une calibration et une validation précises de l’altimétrie satellitaire au-dessus des rivières.
La campagne s’est déroulée pendant une période de faibles niveaux d’eau, ce qui est assez courant pour ce fleuve. Deux autres campagnes ont donc été menées pour estimer la pente de la rivière et ses caractéristiques dans différentes conditions de niveau d’eau et de débit, en juin 2022 et mars 2023. Les données recueillies lors de ces vols ont également servi la Cal/Val du satellite SWOT.
L’observation hydrologique : un enjeu crucial pour l’avenir
Grâce à ses compétences techniques et à ses technologies avancées, vorteX-io contribue à l’avancée des capacités de télédétection spatiale. Alors que les défis liés à l’eau s’accentuent avec le changement climatique, la complémentarité des données spatiales et in situ est plus que jamais essentielle. Pour les acteurs de l’eau (scientifiques, gestionnaires, pouvoirs publics…), cette approche intégrée représente un outil puissant pour mieux comprendre le cycle de l’eau et son évolution, prévenir les catastrophes naturelles et adapter nos systèmes de gestion de la ressource.
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