Présentation

Bien que l'eau couvre environ 71 % de la surface de la Terre, seulement 2,5 % de celle-ci est de l'eau douce, et une part importante de cette eau douce est piégée dans des glaciers ou un fond profond, inaccessible pour une utilisation humaine directe. Les rivières, lacs et aquifères qui restent accessibles servent de lignes de vie essentielles pour l'agriculture, l'industrie, les écosystèmes et la consommation intérieure.

Une cartographie précise permet une meilleure gestion de l'approvisionnement en eau, une meilleure préparation à la sécheresse, la protection des écosystèmes et la coopération internationale sur les plans d'eau partagés. Cet article se penche sur les principaux types de ressources en eau douce – rivières, lacs et aquifères – mettant en lumière leurs caractéristiques, leurs méthodes de cartographie, les défis actuels et le rôle des technologies modernes dans la compréhension de la disponibilité mondiale de l'eau.

Rivières

Les rivières sont des étendues d'eau douce dynamiques et fluides qui proviennent de régions élevées comme les montagnes et les plateaux, qui se déplacent en descente pour se déverser dans les océans, les mers, les lacs ou les zones humides.

Comment les rivières sont cartographiées

La cartographie des cours d'eau exige un suivi de leurs parcours, une mesure des débits et un suivi des variations saisonnières et interannuelles. En raison de la nature intrinsèquement dynamique des cours d'eau, sous réserve d'érosion, de dépôt de sédiments, de méandres et d'inondations périodiques, l'établissement de cartes doit être à la fois détaillé et fréquemment mis à jour.

Les satellites optiques comme ceux de la série Landsat et Sentinel capturent des images multispectrales qui distinguent les plans d'eau des terres environnantes en utilisant des longueurs d'onde visibles et infrarouges. Ces images permettent de délimiter les limites des rivières, de détecter les changements dus aux inondations ou à la sécheresse et de surveiller les panaches de sédiments. Les satellites de radar d'ouverture synthétique (SAR), comme Sentinel-1, sont particulièrement utiles parce qu'ils peuvent pénétrer le couvert nuageux et fonctionner jour et nuit, permettant une surveillance continue même pendant les intempéries ou dans les régions tropicales denses avec la végétation.

Les jauges de débit au sol complètent les données satellitaires en fournissant des mesures précises de la vitesse de débit et du débit, qui sont essentielles pour l'étalonnage des observations de télédétection.

Principaux systèmes fluviaux et leurs défis

De nombreux grands fleuves du monde traversent plusieurs pays, présentant des défis complexes en matière de gouvernance et de gestion. Les cours d'eau transfrontières tels que le Nil, l'Amazonie, le Gange-Brahmaputra, le Mékong et le Danube servent des millions de personnes et soutiennent divers écosystèmes, mais nécessitent une gestion coopérative pour assurer un partage équitable de l'eau et la prévention des conflits.

La cartographie de ces bassins fluviaux aux niveaux régional et international aide les décideurs à négocier les droits sur l'eau, à répartir équitablement les ressources et à planifier les situations d'urgence.

Le changement climatique pose des risques supplémentaires en modifiant les modèles de précipitations et en accélérant la fonte des glaciers, ce qui à son tour affecte les régimes d'écoulement des cours d'eau. Le bassin de la rivière Indus, fortement tributaire de la fonte des glaciers de l'Himalaya, est confronté à l'incertitude à mesure que les glaciers reculent, ce qui peut réduire les débits de la saison sèche et accroître les risques d'inondation pendant les saisons de fonte.

Variabilité saisonnière et risque d'inondation

Les cours d'eau fluctuent naturellement entre les périodes de débit élevé et de faible débit, du fait des précipitations saisonnières, de la fonte des neiges et des cycles climatiques. Toutefois, les changements climatiques intensifient ces cycles, entraînant des inondations et des sécheresses plus fréquentes et plus graves.

La cartographie des risques d'inondation intègre des données hydrologiques historiques, des données topographiques, l'utilisation des terres et des images satellitaires pour identifier les plaines inondables vulnérables et les zones urbaines.Des programmes comme le Service de gestion des urgences de l'Union européenne Copernicus fournissent des cartes en temps réel des risques d'inondation et des alertes précoces en Europe, aidant à l'intervention d'urgence et à l'urbanisme.

  • Délaiement de la plaine de flottaison:[ Identification des zones sujettes à l'inondation lors d'événements de pluie ou de fonte des neiges extrêmes.
  • Prévision des crues:[ Utiliser des modèles hydrologiques combinés avec des prévisions météorologiques pour prévoir le moment et la gravité des inondations.
  • Gestion des inondations urbaines:[ Informer les lois de zonage et le développement des infrastructures pour minimiser les dommages causés par les inondations.

Lacs

Les lacs sont des plans d'eau intérieurs allant de petits étangs à des plans massifs comme les Grands Lacs d'Amérique du Nord ou le lac Baïkal en Sibérie. Ils stockent près de 90 % de la surface liquide de la Terre en eau douce et agissent comme tampons dans le cycle hydrologique, régulant les débits en aval et fournissant des habitats à diverses espèces.

Contrairement aux rivières, les lacs sont plus statiques, mais leur taille, leur profondeur et leur qualité peuvent changer de façon saisonnière et sur des cycles climatiques plus longs.

Techniques de cartographie du lac

La télédétection demeure le principal outil de cartographie des lacs sur de grandes superficies.Les satellites à résolution modérée comme Landsat et Sentinel-2 offrent des images multispectrales qui détectent l'étendue des lacs et identifient les changements dus à la sécheresse, aux inondations ou aux activités humaines comme la construction de barrages et l'extraction de l'eau.

La cartographie bathymétrique, qui mesure la profondeur du lac et la topographie du fond, est réalisée par des levés sonar réalisés à partir de bateaux ou d'UAV et de plus en plus par des systèmes LiDAR aéroportés.

Des capteurs infrarouges thermiques à bord de satellites détectent les variations de température de l'eau de surface, qui influent sur les taux d'évaporation et l'activité biologique.

Surveillance de la santé dans le lac

L'eutrophisation, entraînée par les eaux de ruissellement des éléments nutritifs provenant de l'agriculture et des eaux usées non traitées, entraîne des proliférations d'algues nuisibles qui réduisent les niveaux d'oxygène, tuent les poissons et rendent l'eau dangereuse pour l'usage humain.

De même, le lac Victoria, en Afrique de l'Est, l'un des plus grands lacs tropicaux, est confronté à des défis d'eutrophisation. La surveillance par satellite permet aux autorités de repérer les points chauds de la floraison, d'évaluer leur étendue et d'orienter les stratégies d'atténuation pour protéger les pêches et l'eau potable.

Systèmes de lac à forte pression

Plusieurs des plus grands lacs du monde se rétrécissent en raison d'une combinaison de changements climatiques, de détournements d'eau pour l'irrigation et de pressions démographiques. La mer d'Aral, qui était le quatrième lac intérieur, a perdu plus de 90 % de son volume depuis les années 1960 en raison du détournement de ses rivières d'alimentation pour l'agriculture, ce qui a entraîné de graves conséquences écologiques et économiques.

En Iran, le lac Urmia a connu une réduction drastique de la superficie, perdant plus de 90 % entre les années 1970 et 2010 en raison de retraits d'irrigation et de barrages.

À l'inverse, les lacs glaciaires de l'Himalaya s'étendent à mesure que les glaciers reculent sous les températures de réchauffement. La formation de nouveaux lacs et l'élargissement de ceux existants augmentent le risque d'inondations par écoulement de lacs glaciaires (GLOF), qui peuvent avoir des effets dévastateurs en aval.

Aquifères

Les aquifères sont des formations géologiques souterraines de roches perméables, de sable ou de gravier qui stockent et transmettent les eaux souterraines. Ils sont essentiels pour les besoins de l'homme en eau, fournissant près de la moitié de l'eau potable mondiale et environ 40 pour cent de l'eau d'irrigation mondiale.

Méthodes d'arpentage géophysique

La cartographie des aquifères consiste à intégrer des levés géophysiques, des données de forage et des mesures hydrologiques. La tomographie de résistivité électrique (ERT) est couramment utilisée pour différencier les couches portant de l'eau en mesurant la conductivité électrique de la sous-surface; les zones saturées d'eau conduisent l'électricité différemment de la roche sèche ou de l'argile.

Les techniques d'induction électromagnétique, y compris les relevés électromagnétiques transitoires (TEM), aident à délimiter les interfaces eau douce et eau salée dans les aquifères côtiers, un aspect clé pour prévenir l'intrusion dans les eaux salées.

Ces outils géophysiques sont complétés par des puits de surveillance qui permettent d'observer directement les niveaux des eaux souterraines et les échantillons pour évaluer la qualité.

Recharge et durabilité de l'aquifère

La compréhension de la recharge aquifère – la quantité d'eau percolée de la surface dans les réservoirs souterrains – est essentielle à une gestion durable des eaux souterraines.Les taux de recharge dépendent du climat, de la perméabilité du sol, de la couverture végétale et de l'utilisation des sols.

Le Centre international d'évaluation des ressources en eau souterraine de l'UNESCO (IGRAC) tient à jour une carte globale des systèmes aquifères qui intègre les données sur la recharge, le stockage et l'extraction.

La surextraction des eaux souterraines a entraîné une baisse importante des nappes phréatiques dans des régions agricoles critiques comme l'aquifère des Hautes Plaines aux États-Unis (aussi connu sous le nom d'aquifère Ogallala), l'aquifère de la plaine de Chine du Nord et le système aquifère Gange-Brahmaputra, qui menacent la sécurité alimentaire et augmentent les coûts de pompage.

Gestion des aquifères transfrontières

Comme les rivières de surface, de nombreux aquifères traversent les frontières internationales, nécessitant une gestion coopérative pour éviter les conflits et assurer une utilisation durable. Le système d'aquifère de sable nu, couvrant l'Égypte, la Libye, le Tchad et le Soudan, est l'un des plus grands aquifères fossiles au monde et une source d'eau vitale pour des millions.

L'initiative Gestion des ressources de l'aquifère à l'échelle internationale (ISARM)[ favorise la coordination des efforts visant à cartographier et à gérer les aquifères transfrontières, à encourager le partage des données et à élaborer des politiques conjointes.

Cartographie intégrée des ressources en eau

Le rôle des SIG et de la télédétection

Comme aucune méthode ne peut pleinement saisir la nature complexe des systèmes d'eau douce, il est essentiel d'adopter des méthodes de cartographie intégrées. Les systèmes d'information géographique (SIG) servent de plateformes pour combiner l'imagerie satellitaire, les mesures au sol, les modèles hydrologiques et les données géophysiques en cartes complètes et multicouches.

Des organismes comme la Commission géologique des États-Unis (USGS) produisent des cartes nationales détaillées des ressources en eau qui intègrent les données sur le débit des rivières, les niveaux des lacs, les conditions des eaux souterraines et les paramètres de qualité de l'eau. De même, l'Agence spatiale européenne Le programme Coopernicus offre des données libres et à haute résolution spatiale et temporelle, permettant aux chercheurs du monde entier de suivre les changements dans les plans d'eau en temps quasi réel.

Ces ensembles de données intégrés appuient la prise de décisions critiques, par exemple, déterminer les emplacements optimaux pour les nouveaux réservoirs, répartir efficacement l'eau pendant les sécheresses et établir des priorités pour la conservation des écosystèmes.

Modélisation hydrologique et intégration des données

Les modèles hydrologiques simulent le mouvement de l'eau à travers les paysages en intégrant des cartes du terrain, des propriétés du sol, de la végétation, de l'utilisation des terres et des variables climatiques.

Les modèles hydrologiques mondiaux tels que le PCR-GLOBWB et le modèle communautaire de l'eau (CWatM) utilisent des ensembles de données satellitaires sur les précipitations, l'évapotranspiration et le stockage de l'eau terrestre pour estimer la disponibilité et le stress de l'eau aux échelles continentale et mondiale.

En intégrant les cartes des cours d'eau, des lacs et des aquifères aux projections climatiques futures, les gestionnaires de l'eau et les décideurs peuvent explorer un éventail de scénarios, identifier les vulnérabilités et élaborer des stratégies d'adaptation pour améliorer la sécurité et la résilience de l'eau.

Conclusion

La cartographie des ressources en eau est un processus dynamique et continu qui doit s'adapter continuellement aux changements environnementaux, aux progrès technologiques et aux besoins de la société. Les cours d'eau changent de cap et de débit, les lacs s'étendent ou se rétrécissent, et les aquifères sont épuisés ou rechargés au fil du temps.

Des initiatives internationales telles que le Programme mondial des Nations Unies pour la mise en valeur des ressources en eau et le Réseau mondial de surveillance des eaux souterraines s'efforcent de rendre les données sur les ressources en eau plus accessibles, en particulier dans les pays en développement où les problèmes de pénurie et de gestion de l'eau sont les plus aigus, et les effets des changements climatiques s'intensifiant, une cartographie précise, rapide et intégrée des cours d'eau, des lacs et des aquifères sera essentielle pour assurer une gestion équitable et durable de l'eau pour les générations présentes et futures.