L'imagerie satellitaire est devenue un outil essentiel pour comprendre comment les projets civils influent sur l'hydrologie locale et l'équilibre hydrique. En analysant systématiquement les images saisies au fil du temps, les scientifiques et les ingénieurs peuvent surveiller les changements dans les plans d'eau, l'utilisation des terres et les modes de drainage causés par le développement des infrastructures.

Comprendre l'imagerie satellitaire pour l'évaluation hydrologique

Les capteurs satellites captent les rayonnements électromagnétiques réfléchis ou émis par la surface de la Terre à travers de multiples bandes spectrales. Différentes bandes révèlent des caractéristiques hydrologiques distinctes : les bandes visibles et infrarouges proches détectent l'eau de surface, les bandes infrarouges à ondes courtes sensent l'humidité du sol et les bandes infrarouges thermiques estiment l'évapotranspiration.

Les indicateurs hydrologiques clés dérivés de l'imagerie satellitaire sont les suivants :

  • Étendue de l'eau de surface[ – délimitée à l'aide d'indices de l'eau comme l'indice NDWI (Indice de différence de l'eau normalisée) ou l'indice MNDWI.
  • Mappage des terres humides et des plaines inondables[ – en utilisant la classification des séries chronologiques pour saisir la dynamique saisonnière.
  • Runoff patterns – déduits des changements de couverture terrestre et de la cartographie de surface imperméable.
  • Couverture de la végétation – NDVI (Indice de végétation de différence normalisée) indique la santé des plantes, qui est corrélée à l'évapotranspiration et à l'infiltration.

Évaluation des projets civils à l'aide de données satellitaires

Les projets civils comme la construction de barrages, l'expansion urbaine et l'aménagement de routes modifient fondamentalement l'hydrologie de surface et de subsurface.

Construction de barrages et de réservoirs

Les données satellitaires permettent de comparer la surface du réservoir avant et après la construction, les fluctuations du niveau de l'eau (par l'extraction altimétrique ou riveraine) et la santé de la végétation en aval. Par exemple, l'analyse de séries chronologiques de l'imagerie Landsat autour de grands barrages dans le bassin du Mékong a révélé une réduction de l'inondation des plaines inondables et des changements dans la végétation des zones humides.

Urbanisation et croissance de surface impervieuse

L'imagerie satellitaire permet de cartographier les surfaces imperméables à une résolution fine. Des études utilisant les données Sentinel-2 ont montré que même une augmentation de 10% de la couverture urbaine peut doubler le ruissellement des tempêtes de pointe. De plus, l'imagerie infrarouge thermique révèle souvent des effets de chaleur urbaine insulaire qui intensifient localement l'évapotranspiration et modifient les schémas de précipitations.

Projets routiers et routiers

Les images satellitaires à haute résolution (p. ex., de Planet ou WorldView) peuvent détecter de nouvelles coupures de route, vérifier la formation de ravin et surveiller les panaches de sédiments dans les cours d'eau avoisinants. L'analyse de séries chronologiques de la végétation verte aux côtés des corridors routiers montre souvent des zones de stress où le drainage a été modifié.

Analyser le bilan hydrique et les changements hydrologiques

Un bilan hydrologique de l'eau tient compte de tous les intrants (précipitation), des extrants (évapotranspiration, ruissellement, recharge des eaux souterraines) et des changements de stockage dans un bassin versant.

Estimation des précipitations

Les produits de précipitation par satellite tels que GPM (Global Precipitations Measurement) et IMERG offrent une couverture quasi mondiale à intervalles horaires à mensuels. Ces ensembles de données sont essentiels pour évaluer si les changements observés dans le débit des cours d'eau ou les eaux souterraines sont dus à la variabilité climatique ou aux effets des projets civils.

Évapoponspiration (ET)

Les images thermiques et multispectrales combinées à des données météorologiques peuvent estimer l'ET réel par l'intermédiaire de modèles de bilan énergétique (p. ex. SEBAL, METRIC). Des cartes d'ET dérivées de Landsat à une résolution de 30 m ont été utilisées pour quantifier les changements de consommation d'eau au-dessus et au-dessous des barrages et pour détecter une augmentation de l'évaporation à partir de nouveaux réservoirs.

Hydratation du sol et eaux souterraines

Les capteurs SAR (Sentinel-1) et les capteurs à micro-ondes passifs (SMAP) fournissent des estimations de l'humidité du sol à diverses profondeurs. Bien que les eaux souterraines ne puissent pas être directement observées, les changements dans l'humidité du sol de surface et le stress hydrique de la végétation indiquent souvent des changements dans la recharge de l'aquifère.

Fuite et infiltration

Les classifications de couverture terrestre à partir de données satellitaires alimentent directement les modèles hydrologiques (par exemple SWAT, HEC-HMS) pour simuler les changements de ruissellement et d'infiltration.

Études de cas et applications pratiques

Plusieurs applications du monde réel démontrent la puissance de l'imagerie satellitaire pour évaluer les impacts des projets civils sur l'hydrologie.

Capture urbaine en Asie du Sud-Est

Un corridor d'urbanisation rapide au Vietnam a été surveillé à l'aide de Landsat et Sentinel-2 de 2000 à 2020. L'analyse a montré une augmentation de 40% des surfaces imperméables, entraînant une réduction de 35 % de la recharge des eaux souterraines locales et une augmentation de 2,5 fois des débits de pointe.

Impact du barrage dans le bassin du Colorado

Les chercheurs ont combiné l'ET de Landsat à des estimations d'évaporation du réservoir pour quantifier les pertes d'eau des grands barrages. L'étude a révélé que l'évaporation du lac Mead seul représente près de 10 % du débit annuel de la rivière, facteur souvent omis dans les modèles d'allocation de l'eau.

Construction de routes en Amazonie

L'analyse des séries chronologiques de l'IVDN le long de la route a révélé une diminution de 20 % de la santé des forêts adjacentes, attribuable à une modification du drainage et à une augmentation de l'érosion du sol. Ces données ont servi à appliquer des mesures de lutte contre l'érosion dans les permis subséquents.

Défis et orientations futures

Malgré sa puissance, l'évaluation hydrologique par satellite est soumise à plusieurs limites. L'imagerie optique est entravée par la couverture nuageuse persistante, en particulier dans les régions tropicales où de nombreux projets civils se produisent. Les données SAR peuvent atténuer cette situation, mais nécessitent un traitement spécialisé.

De nombreux projets, comme l'expansion urbaine, se déroulent au fil des décennies, nécessitant des archives cohérentes que seuls quelques programmes (Landsat, Sentinel-2) fournissent. De nouvelles constellations comme les missions d'expansion Copernicus et la mission de biologie et de géologie de surface (SBG) de la NASA promettent une meilleure couverture spectrale et temporelle.

L'intégration aux données in situ reste essentielle. Les produits dérivés des satellites doivent être validés par rapport aux jauges de cours d'eau, aux puits d'eau souterraine et aux stations d'humidité du sol pour assurer la précision.

Les technologies émergentes, y compris les capteurs hyperspectraux et les petits essaims satellites, permettront une surveillance plus fréquente et détaillée de la qualité de l'eau, du refroidissement par évaporation et de l'utilisation de l'eau végétale.

Conclusion

L'imagerie satellitaire a transformé l'évaluation des projets civils sur l'hydrologie locale et l'équilibre hydrique. En fournissant des données cohérentes, synoptiques et multitemporelles, elle permet aux scientifiques et aux ingénieurs de quantifier les changements dans les eaux de surface, l'évapotranspiration, l'humidité du sol et le ruissellement avec des détails sans précédent.