Réseau Terre & Espace - LEGOS

Réseau Terre & Espace
Réponse à l’Appel à Propositions 2003
CONTRIBUTION DE L’ALTIMETRIE SPATIALE A L’HYDROLOGIE
05 Juin 2003
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 1/40

RESUME DU PROJET CASH
Depuis une dizaine d’années, l’altimétrie satellitaire a été utilisée pour l’étude des
surfaces d’eau continentales de grande dimension et a permis d’obtenir d’excellents
résultats. Plus récemment, les études menées sur quelques grands fleuves, ont permis là
aussi d’obtenir à partir de données brutes des résultats très prometteurs.
Le consortium créé pour le projet CASH envisage de rassembler les compétences
scientifiques, instrumentales et opérationnelles ainsi qu’un des premiers acteurs français de
l’ingénierie de l’eau et de l’environnement.
L’objectif du projet est de :
??créer une base de données de hauteurs d’eau dérivées des altitudes des plans
d’eau situés à l’intersection des traces des satellites radar altimètres et des grands
fleuves du monde portant sur les douze dernières années :
?? A partir des données brutes non optimisées
?? A partir des données améliorées en retraitant les données brutes et en apportant
des corrections spécifiques,
??définir un jeu de données hydrologiques qu’il serait possible d’obtenir à partir de
ces différents types de données et en fonction des besoins de différents types
d’utilisateurs, de mettre au point et de rationaliser les méthodes d’obtention et de
mettre un prototype de service de ces données en ligne,
La durée du projet est de deux ans et correspond à la décomposition financière
suivante :
Partenaires Apport Personnel Fonctionnement Sous-traitance Coût total Subvention RTE
IRD/LMTG 165 90 64 20 339 174
IRD/ESPACE 165 80 30 46 321 156
LEGOS 200 55 20 35 310 110
CLS 277 257 20 554 277
BRLi 133.5 104.5 29 267 133.5
Total 940.5 586.5 163 101 1791 850.5
* colonne Subvention RTE = Personnel + Fonctionnement + Sous-Traitance
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 2/40

TABLE DES MATIERES
1. CONTEXTE....................................................................................................................................................................5
1.1 CONTEXTE SOCIO-ECONOMIQUE...........................................................................................................................6
1.1.1 La nécessité de prévoir et gérer la ressource en eau, tant en quantité qu’en qualité........................6
1.1.2 Les méthodes traditionnelles de suivi hydrologique................................................................................7
1.1.3 La diminution et les limitations des mesures in situ classiques, en particulier dans les pays
du Sud..............................................................................................................................................................8
1.1.4 Une demande plus importante en terme de suivi et d’information des ressources en eau...............9
1.1.5 Conclusion................................................................................................................................................... 10
1.2 CONTEXTE SCIENTIFIQUE .....................................................................................................................................10
1.2.1 Introduction................................................................................................................................................. 10
1.2.2 L'altimétrie radar par satellite, un nouvel outil pour la mesure du niveau des eaux
continentales................................................................................................................................................ 11
1.2.3 Maîtrise de l’altimétrie satellitaire en domaine continental............................................................... 14
1.2.4 Conclusion................................................................................................................................................... 15
2. DESCRIPTION DU PROJET..................................................................................................................................16
2.1 OBJECTIFS...............................................................................................................................................................16
2.2 LES DONNEES UTILISEES.......................................................................................................................................17
2.2.1 Les mesures altimétriques de base utilisées dans ce projet................................................................. 17
2.2.2 Autres données satellitaires nécessaires à la conduite du projet....................................................... 18
2.3 LA DEMARCHE PROPOSEE.....................................................................................................................................18
2.3.1 Constitution d’une banque de données mondiales d’altitude des plans d’eau pour tous les
grands bassins fluviaux du monde, basée sur les mesures altimétriques « standard » de
l’ensemble des missions altimétriques actuellement disponibles (Topex/Poseidon depuis
1992, Jason-1 depuis 2002, Envisat depuis 2002)................................................................................ 18
2.3.2 Amélioration de la qualité des mesures altimétriques et création d’une base de données de
hauteurs d’eau de qualité supérieure...................................................................................................... 20
2.3.3 Données hydrologiques dérivées de l’altimétrie................................................................................... 21
2.3.4 Réalisation d’un prototype de service en ligne...................................................................................... 22
2.4 LES SITES................................................................................................................................................................24
2.4.1 Les bases de données d’altitude des plans d’eau.................................................................................. 24
2.4.2 Les données hydrologiques dérivées de l’altimétrie et le prototype de service en ligne................ 24
2.5 LES APPORTS DES DIFFERENTS PARTENAIRES....................................................................................................25
2.5.1 LEGOS .......................................................................................................................................................... 25
2.5.2 CLS ................................................................................................................................................................ 26
2.5.3 L’IRD ............................................................................................................................................................ 27
2.5.4 BRLingénierie.............................................................................................................................................. 28
2.5.5 CNES............................................................................................................................................................. 29
2.6 LES PRODUITS........................................................................................................................................................29
2.6.1 Construction d’une banque de données de hauteurs d’eau (issues des mesures
altimétriques standard) sur le réseau mondial de stations virtuelles pour tous les grands
bassins hydrographiques de la planète).................................................................................................. 29
2.6.2 Construction d’une banque de données de hauteurs d’eau issues de l’amélioration des
mesures altimétriques ; résolution : 10 jours. ....................................................................................... 29
2.6.3 Les données hydrologiques dérivées de l’altimétrie............................................................................. 29
2.6.4 Démonstrateur de système expert en ligne............................................................................................. 30
3. DECOUPAGE EN TACHES ....................................................................................................................................32
3.1 LOT 1 : GESTION DU PROJET (TACHE IRD/HYBAM)......................................................................................32
3.2 LOT 2 : CONSTRUCTION D’UNE BASE DE DONNEES DE HAUTEURS D’EAU SUR L’ENSEMBLE DES
GRANDS BASSINS FLUVIAUX DE LA PLANETE (TACHE LEGOS/GOHS)........................................................32
3.3 LOT 3 : AMELIORATION DE LA MESURE ALTIMETRIQUE EN MILIEU CONTINENTAL (TACHE CLS)............32
3.4 LOT 4 : DONNEES HYDROLOGIQUES DERIVEES DES DONNEES ALTIMETRIQUES (TACHE
IRD/HYBAM ET BRLI).......................................................................................................................................34
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 3/40

3.5 LOT 5 : PLATE-FORME DE DISTRIBUTION DES PRODUITS ALTIMETRIQUES DEDIES A
L’HYDROLOGIE SUR INTERNET (TACHE CLS AVEC INTERFACE BRLI, IRD/HYBAM ET
ESPACE) ................................................................................................................................................................35
3.6 LOT 6 : MAQUETTE DU SYSTEME D’INFORMATION A BASE DE CONNAISSANCE (TACHE
IRD/ESPACE, AVEC INTERFACE BRLI, HYBAM ET CLS) .............................................................................36
4. CALENDRIER ET FOURNITURES ....................................................................................................................37
5. COUT DU PROJET....................................................................................................................................................39
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 4/40

1. CONTEXTE
La gestion des ressources hydriques et la qualité de l'eau sera un problème majeur du
21 ème siècle pour notre société, dont la consommation globale était de 54 % de l’eau
disponible sur terre en 1995 et qui sera proche de la ressource pour certaines régions
comme l'Afrique du Nord et le sud de l'Asie vers 2025. La population mondiale croît à un
rythme sans précédent : en 2000, elle comptait 6 milliards d’humains et devrait augmenter
jusque vers 10 milliards en 2050. Plus de 80 % des eaux prélevées par les humains sont
utilisées pour l’agriculture et l’industrie, l’utilisation domestique ne représentant qu’une
contribution modeste (10 %). Les plus gros consommateurs d’eau douce sont actuellement
l’Amérique du Nord, l’Europe et l’Asie. Vers 2025, l’Asie consommera 10 fois plus d’eau douce
que le reste de la planète (http://www.wri.org/wri/wr2000). Or les ressources en eau de la
planète sont limitées et mal réparties.
Les eaux continentales ne représentent que 0.64 % (en volume) de l’eau disponible sur
la planète, mais elles jouent un rôle majeur pour les activités humaines. L’eau douce est
stockées dans différents réservoirs (si on met à part l’eau contenue dans les glaces
continentales et le manteau neigeux) : les réservoirs de surfaces (lacs, fleuves et affluents)
et les réservoirs souterrains (humidité des sols, aquifères). La plus grande partie de l’eau
douce consommée par les humains provient des réservoirs de surface, en particulier des
réseaux hydrographiques.
Les ressources en eau douce varient dans le temps et dans l’espace sous l’influence de
divers facteurs : changement des pratiques d’utilisation des sols, déforestation, urbanisation,
variabilité climatique. L’impact du climat sur les réserves d’eau douce est particulièrement
incertain dans le contexte actuel du réchauffement global. La répartition spatio-temporelle
des réserves d’eau douce est induite par le forçage climatique, de même que la fréquence et
l’intensité des inondations et des sécheresses dépendent en tout premier lieu des variations
du régime des précipitations à différentes échelles de temps (épisodes de pluies intenses,
modulations saisonnières, variabilité interannuelle associée aux phénomènes El Niño, La
Niña, NAO, etc.). Malgré la multiplication récente au plan international des efforts de
modélisation, de nombreux processus sont encore mal compris, empêchant de réaliser des
prévisions fiables, même en ce qui concerne l’échelle de temps saisonnière.
La nécessité de réaliser une surveillance continue et globale des stocks d’eaux de
surface et de leur variabilité spatio-temporelle devient donc un objectif majeur, non
seulement à l’échelle planétaire mais aussi à l’échelle d’un pays pour optimiser sa gestion de
la ressource.
La surveillance des eaux de surface (mesure des niveaux d’eau et de leur variabilité
temporelle, mesure des débits des cours d’eau) provient aujourd’hui uniquement des réseaux
hydrométriques de base qui sont gérés par différents pays.
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 5/40

1.1 Contexte socio-économique
Quatre aspects se dégagent de ce contexte socio-économique :
1.1.1 La nécessité de prévoir et gérer la ressource en eau, tant en
quantité qu’en qualité
Figure 1 : La disparité et la diminution des ressources en eau disponibles, FAO, 1996
« Si l'on se fonde sur les projections démographiques établies par les Nations Unies et
si l'on pose comme hypothèse que les ressources en eau renouvelables demeureront
inchangées, quelques 34 pays devraient manquer d'eau d'ici l'an 2025. Actuellement, 29
pays souffrent d'une pénurie d'eau, modérée à grave. L'on prévoit que le nombre de
personnes vivant dans des pays où les ressources en eau sont peu abondantes passera de
132 millions en 1990 à un chiffre se situant entre 653 millions (estimation de croissance
démographique la plus basse) et 904 millions (estimation la plus élevée) en 2025. D'ici 2050,
la population des pays où les ressources en eau sont peu abondantes devrait atteindre entre
1,06 milliard et 2,43 milliards, ce qui représentera à peu près 13 % à 20 % de la population
mondiale. Alors que l'Afrique et le Proche Orient semblent particulièrement vulnérables à une
raréfaction encore plus grande des ressources en eau, le nord-ouest de la Chine, l'ouest et le
sud de l'Inde, une grande partie du Pakistan et le Mexique ainsi que les côtes occidentales
des Etats-Unis et de l'Amérique du Sud pourraient aussi être touchés. » (Extrait de
« Approvisionnement en eau : l’OMM et l’UNESCO unissent leurs efforts pour relever le
défi » ; Paris/Genève, 5 février 1999, http://www.waterlink.net/fr/unesco02.htm).
Or, dans son dernier rapport paru en 2001, le GIEC (groupement intergouvernemental
pour l’étude du climat) prédit – sur la base de modélisations globales réalisées pour
différents scénarios d’émission des gaz à effet de serre – une augmentation des
précipitations dans les moyennes et hautes latitudes de l’hémisphère nord et une diminution
importante dans les basses latitudes. Une diminution des précipitations a un impact direct
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 6/40

sur les stocks d’eau de surface et les débits des rivières. Bien que ces prédictions soient
encore incertaines, des diminutions drastiques pourraient affecter les grands bassins fluviaux
des régions tropicales (les plus peuplées du monde).
1.1.2 Les méthodes traditionnelles de suivi hydrologique
La création d'un réseau de mesures est une réponse à une demande d’informations sur
un milieu et doit considérer des critères spécifiques de représentativité, répétabilité, fiabilité
et disponibilité de l'information, en fonction de l'utilisation qui sera faite de l'information
mesurée.
Ces critères une fois définis, la conception du réseau va conduire à une analyse hydrométéorologique
de la zone considérée, puis va prescrire les sections de mesures les plus
adéquates pour répondre aux critères. Alors, seulement sera définie la technologie de la
mesure en considérant les contraintes d'environnement (moyens humains, accessibilité,
vandalisme, disponibilité énergie, télécommunication, mais aussi transport solide...).
Le panel des technologies de mesure d'un niveau d'eau est finalement très large, mais
la sensibilité et la périodicité de la mesure seront déterminantes dans le choix du capteur :
??L’échelle limnimétrique constitue la mesure de référence du niveau d'eau de la
section de mesure.
Mais, quand le niveau d'eau est peu constant, c'est-à-dire qu'il varie tout au long de la
journée et que les variations représente une différence de débit importante (+-25% du débit
moyen), le site est équipé d'un capteur limnimétrique et d'un enregistreur de mesure. Les
capteurs limnimétriques les plus utilisés sont classés selon trois grandes catégories:
??Les capteurs directs qui mesurent une hauteur par des flotteurs et palpeurs qui
suivent les mouvements du plan d’eau; Historiquement, ce sont les premières
technologies mises en place en hydrométrie. Bien que peu précises (tolérance de 5
cm liée au mécanisme), elles offraient un confort d'utilisation pour une maintenance
relativement légère.
??Les capteurs indirects qui mesurent le plus souvent la pression hydrostatique
associée à la hauteur. Ces capteurs ont peu à peu remplacés les flotteurs. Qu'ils
soient en technique bulle à bulle (très précis de l'ordre du mm mais lourd en
maintenance), ultrasons immergés (très précis de l'ordre du mm mais lourd en
investissement), piezorésistif ou capacitif (précis de l'ordre du cm mais instable
dans le temps), ces capteurs sont très usités. Ils nécessitent une maintenance
fréquente, mais surtout, ils doivent être protégés contre les risques d'arrachement
en période de crues;
??Enfin des technologies relativement récentes, les capteurs qui calculent le temps de
parcours d’une onde réfléchie sur la surface libre. Ce sont les capteurs aériens
ultrasons (très précis de l'ordre du mm mais sensibles aux conditions climatiques),
mais surtout électromagnétiques/radar (très précis de l'ordre du mm et insensibles
aux conditions climatiques);
Enfin, dernier critère prépondérant dans la conception d'un réseau hydrométrique, les
contraintes financières :
??en investissement (réparti pour environ 60% dans les infrastructures génie civil et
40% pour le matériel métrologique );
?? en fonctionnement comprenant :
? ? la maintenance : citons à titre d'exemple, le projet SADC-Hycos qui ne possède
pas de budget attitré et qui s'avère inopérant après 2 années d'exploitation).
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 7/40

? ? les moyens humains et les déplacements : à titre d'exemple, la station de
Chavuma /Zambie est à 2 jours de route pour toute intervention de son
gestionnaire ;
Face à ces contraintes, l'apport de l'altimétrie spatiale serait essentiel. Si de prime
abord, la méthode de mesure est comparable dans son principe à la technologie mise en
œuvre récemment en hydrométrie (mesure aérienne de type électromagnétique/radar), elle
ne l'est pas aujourd'hui pour ce qui est de la précision de l'information mesurée. Néanmoins,
elle s'affranchit de bon nombre de difficultés majeures à la conception et l'exploitation d'un
réseau hydrométrique (infrastructures génie civil, vandalisme et déplacements sur site).
Il convient donc d'évaluer la pertinence de cette technique en regard de certains
réseaux hydrométriques, essentiellement en ce qui concerne les réseaux de surveillance
environnementale qui n’ont pas d’impératifs réglementaires très stricts (contrairement à des
réseaux comme les réseaux d’annonce de crue par exemple). En effet, bon nombre de ces
réseaux de surveillance ont pour objet l'évolution des ressources en eaux superficielles à
l'échelle de la quinzaine. L'attente de leurs gestionnaires est de pouvoir communiquer sur la
tendance de la ressource (avec, éventuellement, demande de restriction) et privilégier
l'usage (AEP, agriculture).
1.1.3 La diminution et les limitations des mesures in situ classiques, en
particulier dans les pays du Sud
Actuellement les seules méthodes d’évaluation des ressources en eau sont les bilans
annuels (calcul de la partie des précipitations qui s’écoulent vers l’océan après un transfert
par les continents) effectués à partir des mesures nationales de chaque pays. Il est utilisé un
dispositif de stations de mesures de hauteurs d’eau dont la relation hauteur / débit est de
bonne qualité et qui constitue le « réseau hydrométrique ». L’ensemble des stations
comportant de longues séries de mesures appartient à ce réseau hydrométrique national.
Celui-ci est souvent doté d’observations depuis 50 ans.
Plusieurs problèmes nuisent cependant à la qualité des bilans d’eau pour l’estimation
de la ressource :
??mauvaise qualité de l’information : discontinuité des séries de mesures de
hauteur (lacunes, erreurs) qui limite l’exploitation statistique et altèrent la bonne
connaissance des paramètres hydrologiques et donc la modélisation des flux d’eau
à la surface de la terre,
??mesures relatives et non pas absolues du niveau de l’eau (pas de référence
verticale commune),
??inaccessibilité de l’information : l’étude de la ressource en eau mondiale
(Shiklomanov, 1997) n’a pu utiliser que 2500 stations hydrométriques sur les 38
600 recensées à cause du manque d’accessibilité aux données (les temps de mise à
disposition peuvent varier de quelques mois à plusieurs années) ou de la
discontinuité des mesures à certaines stations,
??diminution, voire disparition des réseaux dans certains pays en raison des
coûts élevés d’exploitation ou de problèmes géopolitiques (pays du Sud en
particulier mais pas seulement. D’après Vörösmarty et al. (1999), 70 à 80 stations
sont abandonnées chaque année aux Etats-Unis, tandis que 30 % des stations ont
été perdues dans l’ex-Union Soviétique depuis les années 90),
??absence de mesures sur certains bassins versants : la répartition des stations
n’est pas homogène et varie fortement d’un pays à l’autre (voir Figure 1, l’exemple
du bassin amazonien).
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 8/40

1.1.4 Une demande plus importante en terme de suivi et d’information
des ressources en eau
Depuis la tenue en 1992 du Sommet de la Terre à Rio de Janeiro, plus de 176 États ont
ratifié la convention internationale sur la diversité biologique, instrument majeur capable de
favoriser et d’orienter les efforts pour conserver la biodiversité et pour utiliser de façon
durable les ressources biologiques.
La Conférence des Parties signataires de la Convention a retenu une vingtaine de
domaines thématiques, intégrateurs des secteurs de la société dont les activités sont
susceptibles d’avoir un impact direct ou indirect sur la biodiversité, parmi lesquels
l’écosystème des eaux intérieures constitue une thématique à lui seul. Par ailleurs, la
Conférence des Parties a défini cinq grandes phases pour une stratégie d’élaboration d’une
planification de développement durable et notamment, l’obligation faite aux états signataires
d’instaurer un système de suivi d’indicateur des différentes thématiques.
Cette démarche a conduit notamment la Communauté Européenne à élaborer un
système européen de mesure et de vérification de l'environnement, intégrateur des
différents réseaux nationaux. Mais, la convention internationale sur la diversité biologique a
aussi trouvé sa déclinaison à des échelles administratives plus réduites que la nation, avec
l’élaboration d’agenda 21 locaux et départementaux. Ces démarches conduisent de fait à la
constitution de réseaux de suivi environnementaux dans des contextes géographiquement et
financièrement plus restreints, d’où une multiplicité des réseaux de mesure et une demande
plus forte encore pour des solutions opérationnelles de mesure hydrologiques à moindre
coût.
Figure 2 : Exemple de répartition des stations hydrographiques : Le bassin Amazonien
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 9/40

1.1.5 Conclusion
En conclusion, dans ce contexte socio-économique :
Puisque les rivières représentent la principale ressource d’eau douce, un système
mondial de mesures homogènes des variations du niveau des fleuves, ayant une couverture
globale et une pérennité temporelle assurée, permettrait de suivre en continu les
changements intervenant dans le stockage des eaux de surface sur des échelles de temps de
quelques mois à plusieurs années, rendant alors envisageable une meilleure gestion des
ressources en eau et peut-être dans le futur une amélioration des modèles de prévisions.
D’autre part, le niveau d’eau des fleuves et autres réservoirs de surface (lacs) est une
quantité qui intègre la réponse naturelle de l’ensemble du bassin versant au forçage
climatique (principalement les précipitations) et présente de ce fait une moins grande
variabilité spatiale que la pluie. Elle est ainsi moins susceptible d’erreurs que la mesure de la
pluie ponctuelle et sa spatialisation sur le bassin ou des mesures sur l’évapotranspiration,
l’infiltration, termes nécessaires pour procéder à une modélisation du bassin. Par ailleurs de
nombreuses études ont montré que la variabilité spatio-temporelle des eaux de surface peut
différer notablement de celle des précipitations, (Maheu et al., 2003).
Étant donnés l’accroissement des besoins en eau et la diminution des
systèmes terrestres de quantification de cette ressource, il est essentiel de
diminuer les coûts, donc d’optimiser les systèmes de mesure, ainsi que de
favoriser la pérennité des systèmes, et de diminuer les temps d’accès aux
données.
1.2 Contexte scientifique
1.2.1 Introduction
Dès 1991, Engman et Gurney prévoyaient les futurs développements de l’utilisation de
mesures spatiales en hydrologie, grâce aux caractéristiques de ces mesures : large
couverture spatiale et accessibilité dans des temps réduits. Pourtant, dans le même temps,
les mêmes auteurs faisaient le constat que l’une des variables les plus importantes du
cycle hydrologique, le débit des fleuves, ne pouvait pas être directement mesuré
par des techniques spatiales. Les principales utilisations du spatial dans ce domaine ont
donc longtemps été basées sur :
1. l’établissement de lois empiriques entre les flux maximum, minimum et moyens des
fleuves et certaines caractéristiques morphométriques des bassins (surface, pente,
densité de drainage, surface forêt/non forêt, .. par exemple, Chandra et Sharma, 1978)
dans des relations plus ou moins complexes et peu extrapolables,
2. l’utilisation de cartes d’occupation du sol dérivées d’images satellites dans des modèles
hydrologiques : STORM model, Jackson et al., 1976, 1977, SCS model, US Department of
Agriculture, 1969, 1972, 1986, pour les précurseurs),
3. la conception de modèles hydrologiques basés sur des mesures physiques obtenues par
télédétection (température de surface, radiation, couvert nuageux, humidité de surfaces
des sols, depuis les premiers travaux de Groves et Ragan, 1983).
Dans les dernières années, les utilisations du spatial ont surtout été situées dans ces
deux domaines (occupation du sol pour les modèles déterministes distribués ou
caractérisation de variables hydro-climatiques pour les modèles à base physique le plus
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 10/40

souvent globaux vu la taille des mailles dérivées de satellites météorologiques (Meteosat,
GOES ou NOAA par exemple).
L’avancée qui permet aujourd’hui de s’intéresser de nouveau à l’estimation des débits
et à leur régionalisation à partir de données spatiales est l’application au domaine
continental des mesures des radars altimètres utilisées jusque là uniquement en
domaine océanique
1.2.2 L'altimétrie radar par satellite, un nouvel outil pour la mesure du
niveau des eaux continentales
L’altimétrie satellitaire a été conçue et développée dès le début des années 1970 pour
l’étude de la variabilité spatio-temporelle du niveau des océans. Aujourd’hui, les radars
altimètres mesurent avec une grande précision (quelques centimètres) la hauteur
instantanée de la surface océanique sous la position du satellite. Une telle précision,
conjuguée avec une répétitivité régulière et une couverture globale, ont conduit à des
résultats révolutionnaires sur la dynamique des océans et l’évolution du niveau moyen des
mers.
Début de la mission
Fin de la
Distance inter-traces à
mission
Répétitivité
l’équateur
TOPEX/POSEIDON Août 1992 10 jours 315 km
JASON Décembre 2001 10 jours 315 km
ERS -1 Juillet 1991 Juin 1996 35 jours 80 km
ERS -2 Avril 1995 35 jours 80 km
ENVISAT Mars 2002 35 jours 80 km
Tableau 1 : Caractéristiques des missions d’altimétrie satellitaire
Bien que non optimisées pour l'étude des surfaces continentales, les missions
altimétriques (cf. Tableau 1) se sont aussi révélées très utiles pour la mesure de la
topographie des calottes glaciaires (Rémy et al., 1996) et plus récemment des niveaux des
eaux de surface (lacs, mers fermées, fleuves) en milieu continental (Birkett, 1995, 1998).
Pour les étendues d'eau de grande dimension, ?1000 km2, (mers fermées comme
l'Aral, la Caspienne ou les grands lacs) où les conditions de mesure et donc l’écho radar,
appelé « forme d’onde »- sont très proches de celles du milieu océanique (Figure 3),
l'altimétrie spatiale fonctionne parfaitement et fournit des hauteurs d'eau très précises, de
l'ordre de quelques cm (Ponchaut et Cazenave , 1998 ; Birkett et al., 1999 ; Cazenave et al.,
1997 ; Birkett, 1995b ; Mercier et al., 2002, 2001).
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 11/40

Exemples de formes d'ondes océaniques
Puissance
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
pente du front de montée:
? hauteur des vagues
durée du trajet aller-retour:
? dist. altimétrique
puissance de la forme d'onde:
? coefficient de rétrodiffusion
0 10 20 30 40 50 60 70
Temps
Figure 3 : Exemples de formes d’ondes océanique : la forme du signal est très stable et
aisément modélisable
Sur des plans d’eau plus petits, de dimension restreinte en comparaison de l'étalement
de la surface éclairée par le radar, la mesure altimétrique est moins précise en raison d’une
altération de la forme de l’écho radar (Figure 4).
Exemples de formes d'onde sur les eaux continentales
Puissance
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
0 10 20 30 40 50 60 70
Temps
Figure 4 : Exemples de formes d’ondes sur les eaux continentales (ici dans le cas du
bassin amazonien) : le signal est beaucoup plus variable que pour le milieu océanique
Néanmoins un nombre grandissant d'études a pu construire à partir de
Topex/Poseidon, des séries temporelles (~ 10 ans) de niveaux d'eau sur plusieurs grands
fleuves du monde comme l'Amazone (Birkett, 1998 ; de Oliveira Campos et al., 2001 ;
Kosuth et al., 2003), le Paraná et le Paraguay (Birkett, 1998, Maheu et al., 2003), l'Ob en
Sibérie (Samain et al., 2003), le Gange et le Mékong (Dominh et al., 2003). Dans quelques
rares cas où l'intersection d'une trace de Topex/Poseidon avec un fleuve est située à
proximité d'une station limnimétrique in situ, il a été possible de déterminer l'exactitude des
mesures de niveau d'eau issus de l'altimétrie par comparaison avec les mesures in situ (sous
l'hypothèse que ces dernières ne sont entachées d'aucune erreur). Il apparaît qu'en
moyenne sur plusieurs années, cette exactitude est meilleure que 20 cm (un exemple est
présenté en Figure 5 pour le fleuve Paraná en Amérique du Sud), ce qui constitue un résultat
très encourageant.
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 12/40

Figure 5 : Exemple de comparaison entre mesures in situ et mesures d’altimétrie
satellitaire
Ces études ont également permis de mieux identifier les facteurs dégradant la forme
de l’écho radar, qui dépend de :
??la diversité morphologique des contextes hydrologiques survolés : taille du
plan d’eau, agitation de surface, présence de végétation sur le plan d’eau,
??la diversité géométrique des conditions de survol : trajectoire parallèle ou
perpendiculaire à la plus grande dimension du plan d’eau, présence de relief
émergé au sein de la tache au sol de l’altimètre,
??la nature du terrain environnant le plan d’eau, qui détermine la rapidité
d’accrochage de l’altimètre et/ou fausse les mesures,
??la variabilité temporelle des conditions de mesure entre saison sèche et
saison humide ou période de gel.
Surtout, il est démontré que le poste d'erreur altimétrique peut être diminué et qu’un
grand nombre de mesures (éliminées par l’optimisation du traitement initial des données
pour le cas océanique) peuvent être récupérées grâce à de nouveaux développements
méthodologiques et à des améliorations dans le traitement des données (Figure 6). La mise
au point d’un traitement spécifique des mesures altimétriques optimisé pour les eaux
continentales constitue un aspect fondamental de ce projet.
Par ailleurs, on notera que la perspective d’un accès rapide à des séries temporelles
continues longues de plus de 10 ans, et avec une couverture globale, des plans d’eau
mesurables par altimétrie radar est une situation totalement nouvelle dans le domaine de
l’hydrologie. En outre, la pérennisation de ce type d’observation (Jason lancé fin 2001,
Envisat début 2002) définit un potentiel opérationnel fort pour la décennie à venir.
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 13/40

Figure 6 : La confluence du Rio Solimoes (en bleu) et du Rio Negro (en noir) près de
Manaus (Brésil) survolée par Topex/Poseidon. Lors de ce passage, en juin 2002, seules
les 13 mesures représentées en rouge ont été validées par le traitement de type
océanique. Un traitement mieux adapté aux eaux continentales permet ici de conserver
l’ensemble des 31 mesures (en rouge et en jaune) acquises à la traversée du fleuve
1.2.3 Maîtrise de l’altimétrie satellitaire en domaine continental
Il est important de souligner que seules 3 équipes au monde possèdent actuellement la
maîtrise de l’analyse des mesures altimétriques sur les eaux continentales :
??l’équipe de P. Berry de l’Université de Leicester (UK), qui a principalement utilisé les
données d’ERS sur les surfaces continentales sèches,
??l’équipe de C. Birkett de la Nasa (USA), qui exploite les mesures de
TOPEX/POSEIDON, sur les eaux continentales,
??l’équipe d’A. Cazenave au LEGOS (Toulouse), qui travaille maintenant en étroite
collaboration avec l’équipe Hybam et CLS sur cette thématique, et qui applique
cette technique à l’échelle globale sur les mers intérieures, les lacs et les grands
bassins fluviaux (Amazone, Paraná, Congo, Ob, Gange, Mékong), en utilisant les
mesures de TOPEX/POSEIDON, JASON, ERS et ENVISAT.
Ces 3 équipes explorent également les possibilités d’optimisation du traitement de ces
mesures pour le cas continental.
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 14/40

1.2.4 Conclusion
En conclusion, dans ce contexte scientifique :
L’altimétrie spatiale appliquée aux eaux continentales est donc une technique récente,
qui commence à être maîtrisée, en particulier par les équipes proposantes. Disposant
aujourd’hui de plus 10 ans de données, certaines applications hydrologiques de cette
technique peuvent être d’ores et déjà étudiées en vue d’un transfert technologique alors que
d’autres aspects, tels que l’optimisation du traitement des mesures sur les plans d’eau,
notamment les grands fleuves doivent encore être techniquement améliorés. Ces deux
aspects forment le cœur de ce projet.
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 15/40

2. DESCRIPTION DU PROJET
2.1 Objectifs
L’objectif général est de préciser la capacité des mesures spatiales d’altimétrie sur les
surfaces continentales à venir compléter les réseaux de mesures existants, voire à remplacer
certains postes distants, peu fiables ou qui fournissent des données dans un temps trop
long, et de définir les conditions d’obtention d’un accès global dans un délai de temps court
et uniformisé à un ensemble de données hydrologiques, de qualité stable, sur les grands
fleuves du monde.
Figure 7 : Exemple de l’Amazone : réseau de mesures in situ et couvertures de
Topex/Poseidon (et Jason) et ERS/Envisat
Les objectifs spécifiques sont :
??de créer une base de données d’altitude des plans d’eaux continentaux à partir des
mesures altimétriques existantes (mesures « standard » appelées Geophysical Data
Records, issues du tracking nominal des échos radar),
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 16/40

??d’améliorer les mesures altimétriques grâce à :
? ? l’utilisation des mesures altimétriques brutes (les formes d’onde, dans les
produits SDR (Sensor Data Record) auxquelles sera appliqué un « retracking »
(algorithme optimisé de calcul de la hauteur altimétrique sur les eaux
continentales),
? ? l’optimisation des corrections géophysiques et environnementales,
??de définir un ensemble de données hydrologiques qui pourraient être dérivées de la
base de données d’altitude des plans d’eau et de mettre au point la méthodologie
d’obtention de ces données par la combinaison avec des mesures in-situ et la
modélisation.
??d’étudier la mise en service d’un système de base de données accessible par
Internet regroupant les différentes sources de données. Ce système devrait être
modulable en fonction des politiques d’accessibilité aux données, de l’échelle et de
l’objectif des différentes applications.
2.2 Les données utilisées
2.2.1 Les mesures altimétriques de base utilisées dans ce projet
Pour répondre aux besoins immédiats du projet, on utilisera les mesures altimétriques
« standard » (produit GDR) des missions TOPEX/POSEIDON (première orbite : d’août 1992 à
août 2002 ; deuxième orbite : depuis septembre 2002), Jason (sur l’orbite 1 de
TOPEX/POSEIDON) et ENVISAT.
Les travaux d’amélioration de la mesure altimétrique feront appel aux mesures brutes
(les formes d’ondes, dans les produits SDR) des mêmes missions altimétriques.
Les caractéristiques de ces mesures sont rassemblées dans le tableau suivant :
GDR Topex
GDR
JASON
GDR
ENVISAT
SDR Topex
SDR
JASON
SDR
ENVISAT
SDR
ERS
Date de début des
séries temporelles
1993- … 2002- 2002- 1993- 2002 2002 1991-
Précision sur
hauteurs d’eau
Résolution
temporelle
Résolution along
track
Résolution cross
track
10 cm 10 cm ? 5 cm 5 cm 5 cm ?
10 j 10 j 35 j 10 j 10 j 35 j 35 j
580 m 260 m 300 m 580 m 260 m 300 m 300 m
? 300 km ? 300 km ? 70 km ? 300 km ~300 km ? 70 km ? 70 km
Tableau 2 : Caractéristiques des différents produits altimétriques
Remarque : récemment, l’ESA a pris en charge la constitution d’une base de données
« hauteurs d’eau continentales » à partir du retracking des échos radar des missions ERS. A
l’issue de ces travaux (fin 2004), cette base de données sera disponible.
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 17/40

2.2.2 Autres données satellitaires nécessaires à la conduite du projet
? Images à moyenne/haute résolution des bassins hydrographiques : images
LANDSAT, images SAR JERS pour l’Amazone, des scènes SPOT pour quelques
régions /chantiers.
De telles images (géo-référencées) sont absolument indispensables pour localiser avec
précision les intersections des traces satellites avec les cours d’eau. Une résolution de
quelques dizaines de mètres est nécessaire. Ce n’est qu’après avoir identifié les portions de
trace survolant le cours d’eau que l’on peut sélectionner les mesures altimétriques
correspondant au plan d’eau en vue de construire la série temporelle de hauteur d’eau à cet
endroit.
2.3 La démarche proposée
Compte tenu des objectifs définis, la démarche proposée se décompose en quatre
parties :
2.3.1 Constitution d’une banque de données mondiales d’altitude des
plans d’eau pour tous les grands bassins fluviaux du monde, basée
sur les mesures altimétriques « standard » de l’ensemble des
missions altimétriques actuellement disponibles (Topex/Poseidon
depuis 1992, Jason-1 depuis 2002, Envisat depuis 2002).
Comme cela a été montré par Birkett (1998) puis vérifié au sein du LEGOS (Mercier,
2001 ; de Oliveira Campos et al., 2001 ; Maheu et al., 2003 ; Samain et al., 2003) l’utilisation
des mesures altimétriques standard issues du tracker « océan » nominal permet de
construire des séries temporelles d’altitude du plan d’eau sur les fleuves et les zones
d’inondation avec une précision de l’ordre de 10 cm.
Figure 8 : Notion de station virtuelle
Le travail proposé consistera à développer une chaîne de traitement « opérationnelle »
des mesures altimétriques standards sur les régions continentales, à identifier les
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 18/40

intersections des traces satellite avec les différents cours d’eau d’un réseau hydrographique
(en s’appuyant sur des images à haute résolution), à sélectionner les mesures altimétriques
valides (c’est à dire correspondant à une réflexion sur le plan d’eau ainsi identifié), à
construire une série temporelle de hauteurs d’eau en moyennant géographiquement
l’ensemble des données valides sur la zone d’intersection de la trace avec le cours d’eau. Les
coordonnées moyennes de cette zone d’intersection (de dimension typique 1-5 km)
définissent ce qu’on appelle une STATION VIRTUELLE (Figure 8).
Des exemples de résultats pour des stations virtuelles situées sur le Gange et le
Mékong sont présentés sur la Figure 9 et la Figure 10.
Figure 9 : Exemples de séries temporelles pour plusieurs stations virtuelles sur le Gange
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 19/40

Figure 10 : Exemples de séries temporelles pour plusieurs stations virtuelles sur le
Mékong
2.3.2 Amélioration de la qualité des mesures altimétriques et création
d’une base de données de hauteurs d’eau de qualité supérieure
Pour les objectifs ultimes du projet, des améliorations techniques – basées sur le
retracking des échos radar et l’amélioration des corrections géophysiques – sont nécessaires.
Volet 1
La principale source d’amélioration portera sur un retraitement (« retracking »)
des mesures altimétriques brutes – les échos radar – contenues dans les produits de
niveau SDR (Sensor Data Record). Ceci permettra de gagner en précision (de plusieurs cm à
plusieurs mètres) et d’éviter le rejet d’un grand nombre de mesures comme c’est le cas
actuellement avec les GDRs : un gain de 25% à 1000% est possible suivant les endroits pour
TOPEX/POSEIDON par exemple (Figure 6).
En effet, alors que la forme de l’écho radar retourné par l’océan est bien connue et
relativement stable (Figure 3), celle-ci est beaucoup plus complexe et variable sur les eaux
continentales de surface. Ainsi par exemple les grands plans d’eau renvoient des échos
proches de ceux réfléchis par l’océan tandis que des petits plans d’eau calme retournent des
échos spéculaires très puissants avec parfois plusieurs pics (Figure 4).
Il faudra dans un premier temps développer de nouveaux algorithmes de retracking
capables de s’adapter à la grande diversité des échos radar et suffisamment performants
pour être insérés dans une chaîne de traitement opérationnelle.
Le bassin amazonien constituera une zone de test privilégiée pour mettre au point les
algorithmes de retracking, mais d’autres contextes hydrologiques seront également explorés.
Une fois validé, ce traitement sera alors appliqué à l’ensemble des données des
missions TOPEX/POSEIDON, JASON et ENVISAT
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 20/40

Volet 2
Un autre point fondamental est l’optimisation des corrections de propagation, qui,
lorsqu’elles sont mal calculées ou mesurées, peuvent introduire des erreurs de plusieurs cm
à plusieurs dizaines de cm sur la mesure altimétrique. C’est par exemple le cas de la
correction dite de troposphère humide qui compense le ralentissement de l’onde radar par le
contenu en vapeur d’eau de l’atmosphère. L’utilisation conjointe de sorties de modèles
météorologiques et de nouveaux algorithmes adaptés au milieu continental permettront
d’améliorer ces corrections.
A l’issue de ces travaux d’amélioration de la mesure altimétrique, on
procédera à la constitution d’une base de mesures altimétriques retrackées et
avec des corrections optimisées sur l’ensemble du domaine continental. Cette
base « altimétrique améliorée » servira, de manière opérationnelle, à construire
les hauteurs d’eau de qualité supérieure sur tous les grands bassins fluviaux de la
planète.
2.3.3 Données hydrologiques dérivées de l’altimétrie
Dans le contexte du bassin Amazonien qui a fait l’objet de quatre ans de collaboration
entre Hybam et le Legos, un certain nombre d’applications hydrologiques ont pu être mises
en oeuvre. Le réseau hydrographique principal de l’Amazone est constitué par les fleuves
Solimões, Negro, Madeira et Amazone, soit un linéaire total d’environ 5000 km. Ces
différents fleuves présentent des largeurs variant de 800 m (amont) à 13 000 m (aval) et
des zones d’inondation dont les dimensions varient de la centaine de mètres à quelques
dizaines de kilomètres. Dans ce contexte, les mesures altimétriques ont apporté des
avancées considérables compte tenu du fait que ce bassin est bien couvert par un réseau de
stations au sol pour sa partie brésilienne (environ 200 stations pour une surface totale de
l’ordre de 5 millions de km²), mais que l’absence d’un référentiel topographique fiable sur
une grande partie du bassin avait jusqu’à présent limité, entre autres, les possibilités de
modélisation hydrodynamique. Les principales applications qui ont été réalisées sont les
suivantes (Kosuth et al., sous presse) :
??combinaison des altitudes dérivées de l’altimétrie spatiale et des hauteurs d’eau
mesurées in situ pour restituer des séries de hauteur d’eau journalières aux points
d’intersection du cours d’eau avec les traces du satellite,
??estimation des pentes de ligne d’eau des fleuves (Figure 11) par interpolation entre
les mesures satellites et in-situ,
??nivellement des stations hydrométriques.
A partir de ces résultats, et dans le contexte de l’Amazone qui présente une grande
variété de situations, ce projet se propose plusieurs objectifs :
??évaluer l’ensemble des paramètres (largeur du plan d’eau, morphologie des berges,
structure des zones adjacentes à la rivière, caractéristiques de la végétation sur et
autour du plan d’eau, variation saisonnière de la hauteur de l’eau, orientation de la
rivière par rapport à la trace, situation du plan d’eau par rapport au nadir du
satellite, structure continue ou morcelée du plan d’eau) qui influent sur l’obtention
d’une mesure altimétrique récurrente et d’une qualité dont on définira les
standards,
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 21/40

??pour un ensemble de sous-bassins de l’Amazone, définir le nombre de stations
virtuelles auxquelles il sera possible d’obtenir des hauteurs d’eau à partir des
altitudes satellites, avec quelle répétivité temporelle, et combien de mesures in-situ
sont nécessaires au minimum pour caler les mesures satellitaires et standardiser
leur répétitivité (ramener les 35 jours d’Envisat aux 10 jours de Topex ou Jason ou
dans certains cas à des estimations journalières)
??analyser et mettre au point des méthodes d’estimation du débit à partir des
hauteurs d’eau et de paramètres morphologiques et dynamiques mesurés ou
dérivés de données spatiales,
??analyser l’apport des mesures satellitaires dans la mise au point de méthodes de
calcul de la variabilité annuelle des volumes d’eau stockés et destockés dans les
plaines d’inondations, et des relations plan d’eau d’inondation – fleuve.
Water surface profile along the Amazon river between Manacapuru and Santarem
Altimetric leveling using "corrected" IBGE network (-2.80m in Manaus) or GPS positionning + EGM96 geoid model
2500
01/01/98
01/02/98
2000
01/03/98
Water level above mean sea level (geoid) (cm)
1500
1000
500
0
Manaus
(IBGE - 280cm)
Manacapuru Jatuarana
( IBGE -280cm) (hydr. interp.)
-500
1600
1500
1400
Itacoatiara
(IBGE - 280cm)
1300
1200
Parintins
(GPS + EGM96)
1100
1000
Obidos
(GPS + EGM96)
900
Santarem
(GPS + EGM96)
800
700
01/04/98
01/05/98
01/06/98
01/07/98
01/08/98
01/09/98
01/10/98
01/11/98
01/12/98
Distance to the ocean (km)
Figure 11 : Dynamique de la ligne d’eau de l’Amazone entre Manaus et Santarem au cours
du cycle hydrologique de 1998 (D’après Kosuth et al., 2002).
2.3.4 Réalisation d’un prototype de service en ligne
Ces différents travaux d’amélioration de la mesure, de constitution d’un réseau virtuel
de stations et d’utilisations hydrologiques doivent permettre la réalisation d’ un prototype de
service en ligne, modulable selon l’échelle de travail, le type d’application, et les politiques
d’accessibilité aux données, qui permettrait d’aller chercher en temps réel et sur les sites
disponibles le nombre et le type de données nécessaires (mesures de stations au sol,
mesures altimétriques, images de longueur d’onde et de résolution spatiale et temporelle
appropriées).
Les quatre parties de la démarche proposée seront menées simultanément
et pourront s’enrichir mutuellement durant la durée de vie du projet.
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 22/40

Le système proposé par la démarche ci-dessus se présente sous la forme fonctionnelle
suivante.
Maquette du système
GDR:
mesures altimétriques
«standard»
SDR:
mesures altimétriques «brutes»
Amélioration de la
mesure altimétrique sur
les eaux continentales
Localisation des stations
virtuelles sur les bassins
mondiaux
Banque de données altimétriques «améliorées»
sur les eaux continentales
Base de données de hauteurs
d’eau de qualité «eau
continentale»
Plateforme de distribution des
produits hydrologiques sur Internet
Utilisateurs
Analyse des paramètres
d’obtention de la mesure
Maquette du système d’information
à base de connaissances
Méthodologie de
conversion
hauteur/débit
Synthèse sur l’opérationalité, la
précision, la répétitivité et les
méthodes
Autres bases de données:
• données in
situ
• images
satellite
• modèle
Figure 12 : Représentation fonctionnelle du système proposé.
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 23/40

2.4 Les sites
2.4.1 Les bases de données d’altitude des plans d’eau
Les séries temporelles d’altitude des plans d’eau obtenues à partir des données
altimétriques standard ainsi que des données altimétriques « améliorées » seront construites
pour les tributaires principaux des grands bassins fluviaux du monde :
??Amérique du sud : Amazone, La Plata, Orénoque
??Afrique : Congo, Zambeze
??Eurasie : Volga, Ob, Lena
??Continent indien : Gange
??Asie : Mékong, Fleuve Jaune, Yangquan
2.4.2 Les données hydrologiques dérivées de l’altimétrie et le prototype
de service en ligne
Les données hydrologiques dérivées de l’altimétrie et le prototype de service en ligne
seront étudiés prioritairement sur le bassin Amazonien. Le site amazonien est choisi comme
région test pour les raisons suivantes :
??l’Amazone est le premier des grands fleuves tropicaux par les débits mesurés à
l’exutoire (209 000 m 3 /s), il draine un bassin peu anthropisé de plus de 6.10 6 km 2 ,
et abrite la plus grande forêt tropicale de la planète (Molinier et al., 1997),
??le bassin de l’Amazone s’étend sur plusieurs pays en voie de développement (Brésil,
Equateur, Pérou, Bolivie), et est donc un bon exemple de la difficulté de réunir et
homogénéiser les sources de données,
??Hybam a consolidé depuis plusieurs années une base de données très importante
en particulier sur l’hydrologie du bassin et une expérience reconnue sur l’analyse de
ces données,
??les travaux préliminaires menés en collaboration entre Hybam et le Legos cités plus
haut.
Cependant, pour augmenter la portée du document proposé (voir figure 12)
« Synthèse sur l’opérationalité, la précision, la répétitivité et les méthodes », certaines
rivières françaises et européennes feront l’objet (voir paragraphe 2.3.3) de l’évaluation des
paramètres qui influent sur l’obtention d’une mesure altimétrique récurrente et entreront
dans la définition des standards de qualité de la mesure. Grâce à l’expérience de BRLi dans
ce domaine, les réseaux français (banque hydro) seront utilisés pour cette évaluation, de
même que certains réseaux européens. Nous étudierons la possibilité d’utiliser également les
réseaux Hycos (association avec l’unité OBHI de l’IRD au travers de l’ORE Hybam).
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 24/40

2.5 Les apports des différents partenaires
2.5.1 LEGOS
L’équipe GOHS (Géophysique, Océanographie et Hydrologie Spatiale) du LEGOS a une
expérience de plus de 2 décennies dans le traitement des données d’altimétrie spatiale,
depuis la maîtrise de la physique de la mesure jusqu’à l’interprétation dans différentes
thématiques scientifiques (géophysique marine, océanographie et niveau de la mer et plus
récemment hydrologie continentale). L’équipe a publié à ce jour 48 articles utilisant
l’altimétrie spatiale dans les revues internationales à comité de lecture. A. Cazenave a été PI
des missions Topex/Poseidon et ERS-1 et est actuellement PI des missions JASON-1 et
ENVISAT. Avec un collègue américain L.L. FU elle a édité en 2001 un livre de 463 pages
entièrement consacré aux applications scientifiques de l’altimétrie spatiale (publié par
Academic Press).
C’est dans l’équipe GOHS du LEGOS qu’ont démarré en France les premières études
consacrées aux applications de l’altimétrie spatiale sur les eaux continentales, avec les mers
d’Aral et Caspienne en 1997, les grands lacs africains en 1998, puis la thèse de Franck
Mercier (altimétrie sur les lacs) soutenue en 2001, et plus récemment les thèses de I.
Oliveira Campos (altimétrie sur le bassin amazonien) en co-direction avec D. Blitzkow de
l’université de Sao Paulo (Brésil) et P. Kosuth (Hybam/IRD/LMTG), puis de F. Frappart
(altimétrie sur les bassins fluviaux d’Amérique du sud) en co-direction avec
Hybam/IRD/LMTG. L’équipe LEGOS/GOHS a affiché un thème prioritaire sur l’hydrologie
spatiale dans sa prospective 2002-2006 dont un volet est l’utilisation de l’altimétrie Topex,
Jason et ENVISAT sur les grands bassins fluviaux du monde. Mentionnons enfin que l’équipe
GOHS organise avec le soutien du CNES un workshop international à Toulouse en septembre
2003 intitulé « HYDROLOGY FROM SPACE ».
Quelques publications de LEGOS/GOHS sur l’application de l’altimétrie à l’étude des
eaux continentales
Cazenave A., Bonnefond P., Dominh K. And Schaeffer P., Caspian Sea level from Topex-
Poseidon altimetry: Level now falling, Geophys. Res.Lett., 24, 881-884, 1997.
Delmas, O. Etude des données Topex/Poseidon sur le fleuve Congo, Stage de fin d’études SUPAERO,
2001.
Maheu C., Cazenave A. and Mechoso R., Water level fluctuations in the La Plata basin South
America) from Topex/Poseidon altimetry, Geophys. Res. Lett., in press, 2003.
Mercier F. Altimétrie spatiale sur les eaux continentales : apport des missions Topex/Poseidon et
ERS-1&2 à l’étude des lacs, mers intérieures et bassins fluviaux, Thèse de Doctorat, Université P.
Sabatier, Toulouse, 2001
Mercier F., Cazenave A. and C Maheu, Interannual lake level fluctuations in Africa from Topex-
Poseidon : connections with ocean-atmosphere interactions over the Indian ocean, Global and
Planet. Change, 32, 141-163, 2002.
Oliveira Campos I., Mercier F., C. Maheu, Cochonneau G., Kosuth P., Blitzkow D. and
Cazenave A. and Kosuth P., Temporal variations of river basin waters from Topex-¨Poseidon
satellite altimetry. Application to the Amazon basin, Comptes Rendus de l’Académie des Sciences,
Serie II, Sciences de la Terre et des planètes, 333, 1-11, 2001.
Ponchaut F. And Cazenave A., Continental lake level variations from Topex/poseidon (1993-1996),
Comptes Rendus Acad. Sciences, Sciences Terre et Planet. 326, 13-20, 1998
Samain, O. Etude du bassin hydrologique de l’Ob à l’aide des mesures altimétriques du satellite
Topex/Poseidon, Stage de fin d’études SUPAERO, 2001.
Samain, O. Télédétection spatiale et hydrologie continentale, mémoire de DEA, 2002.
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 25/40

Samain O., Mognard-Campbell N. and Cazenave A., Surface water balance in the Ob basin
(Russia) from Topex/Poseidon altimetry and SSMI radiometry, submitted to Int. J. Remote
Sensing, 2003.
2.5.2 CLS
Créée en 1990, la Direction Océanographie Spatiale (DOS) de CLS a développé des
compétences uniques en Europe dans le domaine du traitement des mesures d’altimétrie
radar et de leur valorisation en océanographie. Environ 45 ingénieurs et scientifiques
travaillent actuellement au sein de la DOS. Les principales réalisations et activités de cette
équipe dans le domaine de l’altimétrie et de l’océanographie sont les suivantes :
??CLS contribue au développement et à l’exploitation des segments sol de toutes les
missions altimétriques européennes (ERS-1, ERS-2, ENVISAT) et franco-américaines
(TOPEX-POSEIDON, JASON-1),
??CLS est également en charge de la validation systématique des données
TOPEX/POSEIDON et ERS,
??plus récemment la DOS a développé un système de traitement et de combinaison
en temps peu différé des produits altimétriques de TOPEX-POSEIDON et de ERS-2.
Les produits combinés issus de ce système font aujourd’hui référence et sont
utilisés pour l’initialisation de la plupart des modèles de prévision océanique
opérationnels, tels que ceux développés dans le programme français MERCATOR,
auquel la DOS participe largement,
??ces produits combinés ouvrent également la voie à de nouvelles et multiples
applications « temps réel » de l’altimétrie : aide à la pêche, support aux opérations
offshore, etc. Le succès de ces produits dans le domaine de l’aide à la pêche a
justifié le développement du service CATSAT. Ce service bénéficie d’un support
commercial fort grâce au réseau international de représentants CLS, bien implanté
dans le milieu la pêche grâce à ARGOS.
CLS mettra a disposition du projet son expertise dans les domaines de l’analyse et du
traitement de la mesure altimétrique ainsi que sa connaissance dans le domaine de
l’exploitation opérationnelle. Par ailleurs, CLS mettra aussi à disposition un processeur
permettant le traitement et la validation des données TOPEX et ENVISAT.
On rappelle que depuis le début 2002, le champ d’application de l’altimétrie à CLS s’est
étendu au domaine continental par le biais de plusieurs études consacrées à l’optimisation du
traitement des mesures altimétriques TOPEX-POSEIDON, JASON et ENVISAT sur les eaux
continentales de surface : amélioration des corrections apportées à la mesure, retraitement
spécifique du signal brut (retracking) notamment. Par ailleurs, CLS s’intéresse aussi
beaucoup aux nouvelles techniques de traitements des échos radar, à travers une thèse et
un stage. Les résultats issus de ces études pourront profiter au projet.
Quelques références :
O.Z. Zanife, P. Thibaut, P. Vincent, B. Bonhoure, … – “Performances of the POSEIDON-1 Radar
Altimeter” – IGARSS 2001, Sydney Australia
B. Soussi, O.Z. Zanife, J.P. Dumont, J. Benveniste, G. Levrini – “Validation of the ENVISAT
RA2/MWR Level2 Ocean Reference Processor using real TOPEX data” - IGARSS 2001, Sydney
Australia
P. Raizonville, B. Cugny, O.-Z. Zanife, Y. Jaulhac, and J. Richard - “POSEIDON Radar Altimeter
Flight Model Design and Tests Results”, IGARSS 1991, Helsinki Finland
F. Mercier – “Correction de troposphère humide en domaine continental”, Rapport interne DOS/CLS,
2002.
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 26/40

2.5.3 L’IRD
L'IRD (Institut de Recherche pour le Développement, anciennement ORSTOM),
spécialisé en environnement tropical, dispose de connaissances pluridisciplinaires et d'une
expérience considérable sur ces milieux. Ses équipes, implantées dans plusieurs pays
tropicaux, ont notamment acquis un savoir-faire important en matière d'exploitation
thématique des données satellites en partenariat avec les pays du sud.
IRD/ ESPACE
IRD/ ESPACE mettra à disposition du projet une grande partie des moyens de l’unité (5
laboratoires de télédétection, le réseau SEASnet de stations de réception bande L dans la
zone intertropicale, une vingtaine de chercheurs et ingénieurs dans le domaine de
l’observation de la Terre, des approches intégrés des milieux et des sociétés et des systèmes
intégrées d’aide à la décision).
L’IRD dispose d’une expérience de plus de dix ans dans l’exploitation de stations de
réception bande « L » des satellites large champ et dans le développement d’applications
innovantes sur des problématiques régionales (halieutique pélagique dans l’océan Indien,
turbidité côtière en Guyane, forêt en Amazonie, …).
Les stations du réseau SEASnet (Surveillance de l’Environnement Assistée par
Satellites) de La Réunion, des Canaries, de Guyane et de Nouvelle-Calédonie permettent
d’avoir accès en temps réel à des données (NOAA-HVHRR, SEAWIFS, …) et produits
originaux adaptables aux applications (projet AVI – Antenne Virtuelle Intertropicale). Le
projet « antenne virtuelel » du Contrat de Plan Etat Région de la Guyane associe les
partenaires Brésiliens des Etats du Nord Brésil pour mettre au point et diffuser des produits
spatiaux thématiques à partir de la station NOAA de Guyane (implanté au LRT) adaptées aux
caractéristiques des milieux côtiers amazoniens.
L’IRD mettra à la disposition du consortium ses compétences pour les développements
de prototypes de système d’information sur l’environnement (plate-forme logicielle GSIE :
Générateur de Système d’information sur l’Environnement).
IRD/ ORE HYBAM/LMTG
L’Observatoire de Recherche en Environnement Hybam (Contrôles géodynamique,
hydrologique et biogéochimique de l’érosion/altération et des transferts de matière dans le
bassin de l’Amazone ; Impact des variations hydroclimatiques et des activités anthropiques)
est labellisé et financé par le Ministère de la Recherche. L’observatoire correspond à un
réseau de 12 stations hydrologiques existantes, possédant toutes de longues séries
journalières de hauteur d’eau et de débit, et sur lesquelles est mis en place un suivi
hydrologique, sédimentaire et géodynamique, couplé à un échantillonnage régulier pour
l’analyse géochimique. Un réseau d’observateurs est maintenu à ces stations, du personnel
technique IRD est affecté à ces tâches d’observatoire et de base de données, et au moins
deux missions de terrain par an sont financées par cet observatoire.
L’ORE HYBAM est associé à l’unité ESPACE de l’IRD pour les volets télédétection et
système d’information et à l’unité OBHI de l’IRD pour les réseaux de mesures.
Quelques références récentes:
MARTINEZ, J.M., MAURICE-BOURGOIN, L., KOSUTH, P., SEYLER, F., GUYOT, J.L. Analysis of
multitemporal MODIS and Landsat 7 images acquired over Amazonian floodplains lakes for
sediment concentration retrieval. IGARSS 2003
FRAPPART F., CAZENAVE A. , SEYLER F. , SASSIER H. , PHALIPPOU L. Topex/Poseidon waveforms over
the Amazon basin : Classification of inland waters on the basis of their radar echo. IGARSS 2003.
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 27/40

FRAPPART, F. , SEYLER, F. , CAZENAVE, A., MAHEU, C. , MARTINEZ, J.M. , SASSIER, H. , PHALIPPOU, L.
Determination of the water volume variation in the Rio Negro sub-basin by remote sensing.
IGARSS 2003
MARTINEZ, J.M., KOSUTH, P., COCHONNEAU, G., GUYOT, JL., SEYLER, F., BOURREL, L. and MAURICE-
BOURGOIN, L. Application of remote sensing for the quantification of an Amazon floodplain
extension, dynamics and river water storage. EGS 2003
KOSUTH, P., COCHONNEAU, G., SEYLER, F., GUYOT, J.-L., CAMPOS DE OLIVEIRA, I., MAHEU, C.,
CAZENAVE, A., 2003. Premiers résultats et perspectives de l’altimétrie pour le bassin amazonien.
Rapport quadriennal CNFGG (à paraître).
SEYLER, F., MULLER, F., COCHONNEAU, G., GUIMARÃES, L., GUYOT, J.L. (à paraître). Watershed
delineation of the Amazon sub-basins system using GTOPO30 DEM and a drainage network
obtained from JERS SAR images. Accepté à Hydrological processes, numéro special Manaus99.
2.5.4 BRLingénierie
BRLingénierie est un des tous premiers acteurs Français de l'ingénierie de l'eau et de
l'environnement. Avec près de 140 ingénieurs et techniciens, BRLingénierie intervient à
l'étranger pour près de 60% de son chiffre d'affaires (16 Millions Euros en 2002).
De par l'activité de sa maison mère, BRL société d’aménagement régional du
Languedoc Roussillon, BRLi assure une activité importante en hydrologie. Parmi les
références majeures dans les deux dernières années, citons :
??aménagement et protection contre le risque inondations (réf. Plan national
inondations du Maroc 2000/2002, aménagement des basses plaines de l'Aude
1999/en cours),
??conception de réseaux d'usage / annonce de crues (projet TMH Oum er Rbia et
N'Fis 1 Maroc 1999/en cours), (projet SIT Préfecture de la Vendée - France),
??fourniture et installation de réseaux patrimoniaux de suivi hydrologique (Projet
EXACT dans le cadre des accords de paix sur la région du Moyen Orient), (Projet
ZRA de suivi du fleuve Zambèze sur la zone transfrontalière Zambie -Zimbabwe
2002/en cours),
??exploitation de réseaux patrimoniaux de suivi hydrologique (réseau BRL, réseaux
départementaux, ASA d'irrigation).
Présents dans 80 pays, BRLingénierie possède une grande connaissance de la demande
des clients publics (maîtres d'ouvrage et bailleurs de fond) et privés.
BRLi, en association avec l'IRD, est en charge du diagnostic environnemental
(qualité/quantité) du fleuve Zambèze dans la région transfrontalière de la Zambie et du
Zimbabwe, et plus particulièrement sur le lac Kariba. Dans ce contexte, BRLi va installer et
exploiter durant deux années, un réseau de 6 stations de mesures hydrologiques avec
transmission par satellite. Les stations seront installées sur des sections hydrauliques qui
seront calibrées par profileur de vitesse (ADCP) et permettront d'établir la relation
Hauteur/Débit, cette dernière information étant essentielle à l'analyse hydrologique. Ce
réseau pourra servir de site d'évaluation de la méthode des stations virtuelles.
Si nécessaire et en fonction des axes exploratoires, nous pourrons utiliser deux stations
hydrologiques en région aride. Ces stations installées sur le territoire Jordanien ont été mises
en service par BRL qui en assure partiellement la maintenance dans le cadre des accords de
paix sur le Moyen Orient sous l’égide de la Communauté Européenne. Nous avons privilégié
ces deux sites, car ils disposent de systèmes de mesures très précis (seuils parshall) et les
données nous seront plus rapidement accessibles.
1
Représentant approximativement 4 départements Français
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 28/40

2.5.5 CNES
Le CNES apportera son soutien et son expertise dans le but de participer à la
promotion de cette nouvelle technique altimétrique, ainsi que pour l’obtention de retour
instrumental pour les missions et instruments futurs.
2.6 Les Produits
Les produits qui découlent de la démarche proposée sont les suivants :
2.6.1 Construction d’une banque de données de hauteurs d’eau (issues
des mesures altimétriques standard) sur le réseau mondial de
stations virtuelles pour tous les grands bassins hydrographiques de
la planète
Cette banque de données comprendra plusieurs produits qui différeront entre eux par
les réseaux de stations virtuelles (les couvertures au sol des traces différent selon les
satellites donc les intersections trace/fleuve diffèrent en localisation) et par la résolution
temporelle (10 jours ou 35 jours):
??séries temporelles de hauteurs d’eau aux intersections des différents cours d’eau
avec les traces Topex/Poseidon (première orbite) puis Jason (même orbite que
Topex), depuis janvier 1993; résolution temporelle : 10 jours,
??séries temporelles de hauteurs d’eau aux intersections des traces Topex/Poseidon
sur sa 2 ème orbite (depuis octobre 2002) ; résolution : 10 jours,
??séries temporelles de hauteurs d’eau aux intersections des traces ENVISAT depuis
avril 2002 ; résolution : 35 jours.
2.6.2 Construction d’une banque de données de hauteurs d’eau issues de
l’amélioration des mesures altimétriques ; résolution : 10 jours.
A terme cette nouvelle base de hauteurs d’eau est appelée à remplacer celle issue des
mesures standard (voir 2.6.1). Comme pour 2.6.1, il y aura plusieurs produits suivant les
missions.
2.6.3 Les données hydrologiques dérivées de l’altimétrie
Parmi les données hydrologiques dérivées de l’altimétrie, l’estimation des débits sera
particulièrement étudiée au cours de ce projet. Les débits des rivières sont en effet les
données hydrologiques fondamentales qui sont à la base de l’estimation et des prévisions
des flux d’eau à la surface des continents.
Les autres produits cités seront pour la plupart d’entre eux (séries de hauteur d’eau
journalières, étude des pentes de ligne d’eau des fleuves, nivellement des stations
hydrométriques, étude des relations plan d’eau d’inondation – fleuve) des pré-requis la
plupart du temps indispensables pour l’estimation de cette variable clé.
Plusieurs méthodologies seront testées :
1. régionalisation de débits mesurés par régression multiple, krigeage, prédiction nonlinéaire
(originellement proposée par Farmer et Sidorovitch, 1987, et étendue au
cas multivarié par Porporato et Ridolfi, 2001),
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 29/40

2. estimation directe à partir de la hauteur d’eau altimétrique par l’établissement de
relations statistiques et/ou à base physique avec d’autres variables susceptibles
d’être estimées par des sources spatiales : largeur, pente du cours d’eau, aire
drainée, indice topographique (Beven et Kirkby, 1979), excès de pluie,...
3. modèle inverse développé à partir de mesures exhaustives sur un sous-bassin
particulier, i.e. section, pente, vitesse, profondeur à l’intersection de toutes les
traces (Topex, Jason et Envisat),
4. croisement et comparaison des trois méthodes.
Cette analyse sera menée dans le seul contexte du bassin amazonien, qui offre une
diversité de situations suffisantes pour rendre cette méthodologie transportable à moindre
coût dans d’autres contextes.
D’autre part, nous nous proposons d’établir une « synthèse sur l’opérationalité, la
précision, la répétitivité et les méthodes » (voir figure 12), c’est à dire évaluer l’ensemble des
paramètres qui influent sur l’obtention d’une mesure altimétrique récurrente, définir des
standards de qualité de la mesure, et de répétitivité, en fonction du nombre et de la situation
de stations in-situ disponibles, et proposer une méthodologie opérationnelle d’obtention de la
mesure. Cette synthèse sera établie sur différents sites comme proposé au paragraphe 2.4.2.
Enfin, pour établir quelle proportion de la totalité des acteurs de l’eau est potentiellement
concernée par les produits proposés, nous solliciterons l'O.M.M. et différents organismes
hydrologiques internationaux afin de pouvoir établir une estimation du nombre de cours
d’eau pour lesquels les standards de qualité pourraient être suffisants pour une utilisation
des données (par exemple dans le cadre des réseaux patrimoniaux ou de surveillance d’un
environnement).
2.6.4 Démonstrateur de système expert en ligne
Ce démonstrateur sera testé sur le bassin amazonien grâce à la maîtrise des sources de
données sol et images (station de Cayenne) mais sera également exportable dans des
contextes équivalents.
L’unité ESPACE, dans le cadre de son axe de recherche SICADE (Système Intégré de
Connaissances pour l’Aide à la Décision en Environnement) a développé un ensemble d’outils
logiciels permettant d’interconnecter des bases de données in situ, images, modèles et bases
de connaissances en temps réel à partir d’une interface accessible sur internet.
Le démonstrateur proposé dans ce cadre a pour objet d’adapter les composants
logiciels (logiciels Netgis déposé par l’IRD) existants aux contextes particuliers des bases de
données altimétriques et hydrologiques de manière à disposer d’une interface dynamique
que les différents utilisateurs pourront configurer et adapter à leur besoin propre. La valeur
ajoutée consiste à concevoir la base de connaissances spécifique à cette application (par
capitalisation des expertises hydrologiques notamment) qui va permettre de représenter les
informations pertinentes à différentes échelles d’espace et de temps et à partir des données
de bases du projet. Le démonstrateur sera réalisé spécifiquement sur l’Amazonie. Des
exemples de ces développements sont consultables (projet SAGE, Figure 13).
La conception de ce démonstrateur sera appuyée sur une collecte d’informations qui
permettra de définir les besoins en terme de niveau d’outils (banque de données
altimétriques, données hydrologiques (lesquelles), système expert en ligne).
Seront demandés (entre autres) à différents acteurs de l’eau:
??nature de l’activité ; nous fournirons une liste très globale des activités en référence
aux réseaux (d'usage ou patrimoniaux),
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 30/40

??nature de la demande : ponctuelle, fréquente et sur quelle durée (pour considérer
la pérennité du service vis-à-vis de la durée de vie des satellites),
??utilisation de la donnée (avec éventuellement précision sur les contraintes
réglementaires),
??extension spatio-temporelle,
??délai de mise à disposition souhaitée (délai entre la mesure réalisée et sa mise à
disposition pour l’utilisateur),
??niveau de précision souhaité sur la donnée,
??niveau d’élaboration de la donnée.
Figure 13 : Exemple de visualisation Netgis/SAGE
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 31/40

3. DECOUPAGE EN TACHES
3.1 Lot 1 : Gestion du projet (Tâche IRD/HYBAM)
Ce lot contient l’ensemble des dépenses de gestion : coordination globale des travaux
des différents partenaires, réunions, missions incombant à la coordination (réunion de travail
avec les différents partenaires), achat de matériel (informatique, consommable…).
3.2 Lot 2 : Construction d’une base de données de hauteurs
d’eau sur l’ensemble des grands bassins fluviaux de la
planète (Tâche LEGOS/GOHS)
Tâche 2.1 : Identification des réseaux de stations virtuelles (intersections des traces
satellites avec les différents fleuves et leurs affluents) à partir d’images
satellite optique ou radar à haute résolution géo-référencées.
Tâche 2.2 : Développement d’une chaîne de traitement opérationnel des données
altimétriques standard (GDRs) sur les continents (mise en œuvre des
corrections géophysiques appropriées, élimination des données aberrantes,
identification des données sur les plans d’eau, moyennage géographique sur
la zone appelée « station virtuelle », etc.). Cette chaîne de traitement sera
conçue de manière à accepter également les données altimétriques
« améliorées » (cf. Lot 3).
Tâche 2.3 : Construction des séries temporelles de hauteur d’eau – 10 ans et plus – à
TOUTES les stations virtuelles (plusieurs milliers) identifiées dans la tâche 2.1
pour les trois satellites Topex, Jason et ENVISAT.
Tâche 2.4 : Validation des séries temporelles par comparaison avec des mesures de
hauteur d’eau in situ dans quelques endroits du monde ;
3.3 Lot 3 : Amélioration de la mesure altimétrique en milieu
continental (Tâche CLS)
Tâche 3.1 : Optimisation des algorithmes de retracking et de correction de
propagation :
??Réalisation d’une typologie des échos radar (Amazone + autres contextes
hydrologiques tels que bassins non tropicaux et de plus faible dimension),
??Définition de plusieurs algorithmes de retracking adaptés à la typologie
??Test de ces algorithmes, notamment par comparaison avec des mesures in situ (sur
l’Amazone principalement mais aussi sur d’autres zones, en fonction de la
disponibilité des mesures in situ)
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 32/40

??Définition et validation d’une stratégie opérationnelle de retracking (prise en
compte du temps calcul) :
? ? Option 1 : un seul algorithme adaptatif
? ? Option 2 : combinaison de plusieurs algorithmes dans un système expert (la
forme de l’écho détermine l’algorithme utilisé)
??Amélioration des corrections de propagation :
? ? adaptation des algorithmes océaniques au cas continental, notamment par une
meilleure prise en compte de l’altitude du plan d’eau
? ? prise en compte de modèles atmosphériques plus performants sur le domaine
continental
Tâche 3.2 : Application systématique et opérationnelle de ces algorithmes pour la
constitution d’une base données altimétriques « améliorées » :
??Intégration des nouveaux algorithmes dans la chaîne de traitement opérationnelle
existant à CLS
??Validation de la nouvelle chaîne opérationnelle
??Désarchivage et compilation de la totalité des formes d’ondes des missions
Topex/Poseidon, JASON et ENVISAT
??Retraitement des mesures brutes (formes d’ondes) TOPEX/POSEIDON, JASON et
ENVISAT
??Remplissage de la base des données altimétriques « améliorées » dont le format
est défini dans la tâche 3.3
Tâche 3.3 : Interface avec la définition et la génération des données hydrologiques
Mise au point du format de la base des données altimétriques « améliorées »
??Définition et spécification de la base de données : étude et sélection des
paramètres devant composer la base
??Conception et développement de la base de données
A partir des données altimétriques « améliorées » (base opérationnelle) on construira
la base d’altitude des plans d’eau. Les taches à effectuer sont les suivantes :
??Transfert du LEGOS vers CLS des outils et des méthodes développés pour la
constitution de la base de données de hauteurs d’eau (Lot 2).
??Validation de ces outils sur les données altimétriques « améliorées »
??Mise en œuvre de ces outils : traitement opérationnel des mesures altimétriques
« améliorées »
??Définition d’une stratégie de validation des niveaux d’eau ainsi recalculés en liaison
avec les groupes Hybam et BRLi
??Validation des mesures de hauteurs d’eau à intervalles réguliers, au fur et à mesure
de la production des mesures altimétriques « améliorées »
Remarque : Cette base de hauteurs d’eau issues des données altimétriques
« améliorées » concernera les missions Topex/Poseidon, JASON et ENVISAT et pourra dans
le futur intégrer également le produit « eaux continentales ERS » en cours de réalisation à
l’ESA (diffusion de ces données fin 2004).
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 33/40

De la même manière, on procèdera au transfert vers CLS des outils et des méthodes
développés au Lot 4, afin que les produits hydrologiques puissent être, à l’issue du projet,
élaborés à partir des mesures altimétriques « améliorées »
3.4 Lot 4 : Données hydrologiques dérivées des données
altimétriques (Tâche IRD/HYBAM et BRLi)
Tâche 4.1 : Données hydrologiques de base (combinaison des mesures spatiales et in situ
pour restituer des séries de hauteur d’eau journalières, étude des pentes de
ligne d’eau, nivellement des stations hydrométriques).
Cette tâche s’appuiera sur l’expertise de P. Kosuth qui a initié ces travaux au
sein du groupe Hybam.
Tâche 4.2 : Méthode 1 d’estimation du débit : régionalisation (apport LEGOS - IRD/Hybam
sous la forme de la thèse de J.G. Leon)
Tâche 4.3 : Méthode 2 d’estimation du débit : estimation directe à partir de la hauteur
d’eau altimétrique par l’établissement de relations statistiques et/ou à base
physique (Hybam- BRLi)
Tâche 4.4 : Méthode 3 d’estimation du débit : modèle inverse développé à partir de
mesures exhaustives sur un sous-bassin particulier, i.e. section, pente,
vitesse, profondeur à l’intersection de toutes les traces (Topex, Jason et
Envisat) (Hybam – BRLi – LEGOS (Stéphane Calment))
Contribution IRD pour une campagne de terrain, une deuxième campagne de
terrain étant financée en partie par le projet (campagne 2004).
Tâche 4.5 : Croisement et comparaison des trois méthodes (BRLi-IRD).
Tâche 4.6 : Analyse des mesures in situ strictement indispensables (BRLi-IRD).
Tâche 4.7 : Production d’une« synthèse sur l’opérationalité, la précision, la répétitivité et
les méthodes( BRLi)
Tâche 4.8 : Recensement des acteurs de l’eau potentiellement concernés par les produits
proposés (BRLi)
Tâche 4.9 : Interface avec CLS, transmission du besoin en terme de qualité et de
répétitivité, transfert des méthodes (BRLi)
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 34/40

3.5 Lot 5 : Plate-forme de distribution des produits
altimétriques dédiés à l’hydrologie sur Internet (Tâche CLS
avec interface BRLi, IRD/HYBAM et ESPACE)
Définition, conception, réalisation et maintenance d’un site Web dédié à la distribution
des produits altimétriques dédiés à l’hydrologie. Couplée à une base de données évolutive
s’appuyant sur le type de données hydrologiques à estimer, de même que sur les critères de
qualité et de répétitivité définis, cette plate-forme interactive offrira des fonctionnalités de
visualisation, de sélection et de téléchargement des données, prenant en compte les besoins
exprimés par les utilisateurs potentiels.
Tâche 5.1
Définition et spécification du site
Tâche 5.2
Développement de l’interface graphique de navigation, visualisation et
récupération des données:
??mise en place d’un serveur cartographique
??intégration des couches applicatives de :
? ? visualisation des données
? ? sélection (géographique et/ou temporelle) des données
? ? téléchargement des données sélectionnées
? ? gestion et suivi des comptes utilisateurs
Tâche 5.3 Mise en forme et publication du site Web :
Tâche 5.4
??description du projet,
??description des données
??habillage graphique
Maintenance du site Web
??Mise à jour régulière en fonction de la production des données
Ce site sera publié en 2 langues : français et anglais
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 35/40

3.6 Lot 6 : Maquette du système d’information à base de
connaissance (Tâche IRD/ESPACE, avec interface BRLi,
Hybam et CLS)
Tâche 6.1:
Création des interfaces dynamiques avec les bases de données altimétriques
et hydrologiques (interface CLS)
Tâche 6.2:
Tâche 6.3:
Tâche 6.4:
Création des bases de connaissances (analyses des expertises, représentation
et spatialisation des connaissances à différentes échelles) (interface BRLi et
Hybam)
Développement des interfaces utilisateurs (système SICADE, G2/Java)
Déploiement de la maquette sur le site pilote Amazonie (IRD/ESPACE et BRLi)
Tâche 6.5 : Documentation de la maquette (IRD/ESPACE et BRLi)
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 36/40

4. CALENDRIER ET FOURNITURES
Le planning est donné sur la page suivante. Ce planning a été construit en faisant
l’hypothèse d’un démarrage du projet (T0) au 1 er Septembre 2003. La date de fin du projet
se situe deux ans après, soit le 31 Août 2005.
De manière générale, les fournitures sont constituées :
??de rapports d’étude pour les études
??de logiciels testés, validés et documentés pour les développements logiciels
??des produits et de leur description pour les bases de données
Citons quelques fournitures majeures du projet. Elles interviennent aux dates suivantes
(hypothèse du T0 mentionnée ci-dessus) :
??Base de données du LEGOS/GOHS pour le bassin de l’Amazone : à T0 + 6 mois (fin
Février 2004)
??Base de données du LEGOS/GOHS pour le bassin de La Plata : à T0 + 9 mois (fin
Mai 2004)
??Plate-forme de distribution des données sur Internet : T0 + 12 mois (fin Août 2004)
??Base de données améliorée de CLS pour le bassin de l’Amazone : T0 + 12 mois (fin
Août 2004)
??Maquette système expert : T0 + 18 mois (fin Mars 2005)
??Base de données améliorée de CLS pour le bassin de la Plata : T0 + 14 mois (fin
Octobre 2004)
??« synthèse sur l’opérationalité, la précision, la répétitivité et les méthodes (fin du
projet fin Août 2005)
??…
et à la fin du projet, l’ensemble de la documentation, les logiciels et les produits sur 12
ans de données.
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 37/40

RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 38/40

5. COUT DU PROJET
Les coûts fournis dans les tableaux ci-dessous sont exprimés en K€ et hors taxe et n’incluent
pas de profit.
Fiche de synthèse par organisme
Partenaires Apport Personnel Fonctionnement Sous-traitance Coût total Subvention RTE
IRD/LMTG 165 90 64 20 339 174
IRD/ESPACE 165 80 30 46 321 156
LEGOS 200 55 20 35 310 110
CLS 277 257 20 554 277
BRLi 133.5 104.5 29 267 133.5
Total 940.5 586.5 163 101 1791 850.5
* colonne Subvention RTE = Personnel + Fonctionnement + Sous-Traitance
Fiche de synthèse par tâche
TACHES
COUT TOTAL Investissements
des partenaires
Demande au
RTE
1 MANAGEMENT 257.0 94.0 163.0
2 CONSTRUCTION BASE DE DONNEES 290.0 200.0 90.0
3 AMELIORATION DE LA MESURE ALTIMETRIQUE 434.0 217.0 217.0
4 APPLICATION HYDROLOGIQUES 417.0 213.5 203.5
5 PLATEFORME DE DISTRIBUTION DES DONNEES 80.0 40.0 40.0
6 MAQUETTE SYSTEME EXPERT 313.0 176.0 137.0
TOTAL 1791.0 940.5 850.5
Tableau des coûts détaillés (voir page suivante)
RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 39/40

RTE, Appel à Propositions 2003 Projet CASH 40/40