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Laboratoire Mixte International TREMA
trema.ucam.ac.ma
ABHT
1
Des ressources limitées et sur-
exploitées
• 180 millions de personnes avec moins de
1000 m3/habitant
• 83 % mobilisée par l’agriculture
• Faible efficience : 55% en moyenne, < 50%
au Maroc
plan bleu 2012
Efficience de l’utilisation de l’eau, 2005-2010
Changements globaux
– précipitation hivernale (>2050) , température
(dés 2021-2050)
– évènements extrêmes (sècheresse, pluies
torrentielles)
– Demande en augmentation (urbanisation, irrigation)
Anomalies de température moyenne estivale sur le Maroc basé sur le
scenario IPCC-A2 estimée à l’horizon 2071-2100 (Fatima
Driouech, DMN)
Ressources en Eau en Méditerranée du Sud
Objectifs du LMI TREMA
Formation
Recherche 2 thèmes, « Modélisation » et
« Télédétection »
Système d’observation
Outils d’aide à la gestion /décision
- Etude des processus hydrologiques en zones semi-arides
- Prévoir les évolutions selon scenarios de changements climatiques et
anthropiques
- Aider à la gestion de la ressource
Région d’étude: le bassin du Tensift
Tanger
Rabat Jbel Toubkal, 4106 m
Marrakech
Jbilet
Tensift Catchment
Haut Atlas = château d’eau avec un régime mixte pluie/neige
Eau utilisé principalement par l’agriculture irriguée de la plaine (~ 85 %)
Bassin peu jaugé: les prélèvements et apports sont mal connus
Seguia Périmètres modernes
Transfert
Pompage
Un système d’irrigation complexe
Thème 1 - Fonctionnement hydrologique et scénarios d’évolution
Modélisation
Gestion
présente et
future Caractérisation des
flux hydriques
=> 4 axes 1) Etude des processus hydrologiques : montagne,
piémont et plaine.
2) Modélisation des crues et du risque associé
3) Modélisation hydrologique intégrée du bassin
versant
4) Etude de l’impact des changements climatiques
et anthropiques sur la base de ces modèles
Thème 2 - Indicateurs régionaux du cycle de l’eau
Offre satellitaire
Enneigement
Occupation du sol
Humidité du sol
Evapotranspiration
Etc.
Axe 1 – Variables bio-physiques
Alimentation
de modèles
(Thème 1 -
forçage ou
assimilation)
Axe 2 – Approches
régionales et
diachroniques
Infiltrations profondes ?
Infiltrations
oueds
Neige
Nappe
Hydrologie de montagne
évapotranspiration
évapotranspiration
Spatialisation de la dynamique
du manteau neigeux
Amélioration du bilan des
bassins de montagne
Meilleure connaissance
de l’évapotranspiration
Géochimie
Flux d’eau en piémont
- Profils thermiques
- Géochimie
- Piézométrie
- Scintillométrie
Modélisation et prévision des crues
Demande sociétale forte + contribution HSM
• Régionalisation des risques (Méditerranée) - Spatialisation paramètres (bassins peu jaugés) - Test sur bassins représentatifs (campagnes de mesures précipitations, humidité des sols...)
• Développer des modèles de prévision du
risque - Utilisation des prévisions météorologiques (AROME, ALADIN produites par la DMN) - Assimilation de données de télédétection - Collaboration sciences sociales (MediTer)
Objectifs TREMA 2 • Caractériser les évènements extrêmes passés et futurs - Analyse fréquentielle des données historiques - Modèles climatiques pour scénarios futurs - Prise en compte des incertitudes
© Elsa
Objectifs TREMA 2
Améliorer de la partition E / T
basée sur des mesures (flux de sève, isotopie)
Intérêts : amélioration modèles TSVA, efficience utilisation de
l’eau (WUE), diagnostic des pratiques d’irrigation.
Assimilation multi longueurs d’ondes
Evaluation de l’apport conjoint de différentes observations
par télédétection (réflectances, humidité superficielle du
sol, température de surface et indices de stress dérivés,
etc.)
Acquis
- Travaux de longue date sur la
modélisation du fonctionnement hydrique
des surfaces (évapotranspiration, humidité
du sol).
Manchon
flux de sève
Apport des domaines
spectraux en assimilation
Hydrologie de plaine Bilan hydrique des cultures
Objectifs
(1) Scénarios anthropiques (conversion en irrigation goutte à goutte, évolution des assolements…)
=> collaboration SHS
(2) Changement climatique (ex données MEDCORDEX)
=> Tests de méthodes de désagrégation de scénarios régionaux (coefficient de changement ou modification distribution)
Impacts des changements climatiques et de l’action anthropique
1990 2070
Températures
Précipitations
Consensus scénarios CC
(3) Vulnérabilité d’un système - Définir les critères de vulnérabilité (économique / politique / écologique …) -Etudier la réponse du système (risque) aux aleas (forçages climatique et anthropique) par rapport aux critères de vulnérabilité. => Collaboration SHS nécessaire.
Alea
Risque
Vulnérabilité
Dry
Wheat
Tree Crops
(Citrus,
Olive,
Apricot)
Irrigated
Anual crops
(Wheat, beet)
Snow Cover
Sites avec différentes:
- Méthodes d’irrigation : drip/flood
- Fractions de couvert
- Variétés
R3 Agafay
Saada 1 Saada 2 Agafay
R3 6 experiences
Ait Imour R3
Chichaoua blé pluvial
Flux & Soil humidity
-> Continuous measurement of soil state
Energy budget measurement
-> Continuous measurement of fluxes over a small area
Scintillometry
-> Continuous Measurement of Evapotranspiration
over long distances
Flux de sève: Transpiration
Isotopy
Indice foliaire LAI, fraction du couvert fc
Observatoire de Tensift Dispositif terrain
BD
Hydro
Météo
Suivi temps réel sur le web
http://trema.ucam.ac.ma/Stations/
Télé
transmission
Observatoire de Tensift Base de données
Quelques résultats…
##
#
#
#
##
#
#
#
Positive
(significant)
Positive
Negative
Negative
(significant)
Trend on snow duration
February-March
April-May
CasablancaMeknes
Marrakech
Ouarzazate
CasablancaMeknes
Marrakech
Ouarzazate
±
±
120 km0 80
120 km0 80
Atlas marocain: produits MODIS
traités et validés (nombre de jours
enneigés par période de 2 mois)
Tendance du nombre de jours enneigées sur l’Atlas
Tendance positive sur
les zones de hautes
altitudes (> 2500m)
Tendance négative au
printemps (basses
altitudes, versant Sud)
Changement de partition pluie/neige observée à
la station Oukamaiden (simonneaux et al., 2008)
Pré
cip
itations (
mm
/an) Oukamaiden, 1989-2009
Débits (
mm
/jour)
Désagrégation scénarios climatiques
Désagrégation de scénarios climatiques
• Initiative MedCORDEX (2 scénarios
RCP4.5 et RCP 8.5)
• Deux approches : Quantile-Quantile QQ
et Perturbation P
Baisse des précipitations (printemps et
automne) et augmentation des
températures (été)
Résultat de la désagrégation pour les
précipitations annuelles
Cycle saisonnier moyen (Rheraya)
Impact sur les débits des
oueds de montagne
(Rheraya)
Bilan expérimental de 10 ans de mesure (in situ et locales) sur les cultures
irriguées de la plaine du Haouz: pertes par évaporation et infiltration
Bilan hydrique des cultures
Logiciel SAMIR (SAtellite Monitoring for IRrigation):
spatialisation de ET et du bilan hydrique par
imagerie satellitaire
gestion, planification et optimisation des irrigations
déposé pour enregistrement (IRD, UCAM,
ORMVAH et ABHT)
LMI TREMA: Outils d’aide à la décision
- Gestion de l’eau d’irrigation -
Démonstrateur SAT-IRR (Satellite for
IRRigation schedulling):
consultable à http://osr-cesbio.ups-tlse.fr/Satirr/
Applicable à l’échelle de la parcelle et sans
avoir besoin de météo et d’imageirie Satellite
planification de la prochaine irrigation si
nécessaire
Aide à la décision pour la planification des tours d’eau
Nouvel indice pour évaluer la planification basée sur (1) le stress de la culture et (2) le temps par rapport au début du tour d’eau
Irrigation Priority Index (IPI)
IPI image pour le 2ème tour
d’eau 2012-2013, périmètre R3
(Marrakech)
Minimisation des valeurs absolue de IPI en tenant compte des contraintes du réseau existant
Avec contraintes
IPI <-0.2 : 8%
IPI > +0.2 : 52%
-0.2 < IPI < +0.2 : 40%
IPI – Avant optimisation Coefficient de stress IPI Après optimisation
IPI <-0.2 : 22%
IPI > +0.2 : 50%
-0.2 < IPI < +0.2 : 28%
2.0dγ
Comparaison des apports d’eau avant et après l’optimisation
0
100 000
200 000
300 000
400 000
500 000
600 000
Appliqués Estimés
somme des volumes d'eau (m3)
Réduction potentielle des apports de 25%
Aide à la décision pour la planification des tours d’eau
Modèle: planification des
ressources en eau :
répondre aux besoins en
optimisant priorités et
préférences.
Modèle: estimation
spatialisée de
l’Evapotranspiration par
Imagerie Satellitaire
Modèle: flux des eaux
souterraines dans
l’aquifère.
LMI TREMA: Outils d’aide à la décision
Gestion intégrée des ressources en eaux -
Validation débits et eaux souterraines
SAMIR-WEAP-MODFLOW:
Désagrégation des produits humidité du sol SMOS
Produits humidité du sol: résolution (>10km) incompatible avec la modélisation
hydrologique approche DISPATCH (Merlin et al., 2012, 2013)
Désagrégation
Fraction d’évapor
ation
Humidité du sol
SMOS (40 km)
Température de surface
MODIS (1 km)
Indice de
végétation et MNT
(1km)
Humidité du sol (1
km)
Approche
trapèze de
Moran et al.
(1994)
Prévision des rendements en blé au Maroc
• Etude diagnostique des relations végétation (NDVI-AVHRR)/climat régional
(indices –NAO… -et variables–SST, hPa …-)
Indice de végétation
Precipitation, Temperature
Régression linéaire et machine à
vecteur de support Conditions locales
Marqueur
Surface foliaire
Stade
Phéno. critiques
Indices et variables climatiques (NAO,
ENSO …)
Pro
xy o
f
loca
l clim
ate
• Développement de modèles empiriques de prévision saisonnière des
rendements en blé tendre à l’échelle de la province agricole
Performance des modèles pour différentes
périodes de prévision (mars=3 mois avant la
récolte)
Informations sur le climat régional
anticipation des prévisions de plus d’un
mois par rapport aux systèmes existants
Partenariat
LMI TREMA
ABHT
5 labos:
LME, GEOHYD, LISI,
LHEA, LAEPT
3 labos:
LP2M2E, LGR,
LCME
Gestion Socio-économique de l’eau
Développement Informatique
Modélisation hydrologique intégrée ,
CC
Hydrologie, Télédétection,
Modélisation, Agro-météorologie
Télédétection, Hydrologie,
Modélisation
Gestion des ressources en eau
Hydrogéologie isotopique
Météorologie, Climatologie
Partenariat : Entités associées
LMI TREMA
LAGAGE Centre Européen de Recherche et
d’Enseignement des Géosciences de
l’Environnement (CEREGE, Aix-en-
Provence)
Universidad de Chile
Université Ibn Zohr, Agadir
Université Sultan Moulay Slimane, Beni Mellal
Signature isotopique
Hydrologie nivale
Paléoclimatologie
Hydrologie nivale, Irrigation
Projets actuels
LMI TREMA
Projet ANR TRANSMED-
AMETHYST 2013-2017
Evolution conjointe des ressources et
des usages de l'eau dans le Sud
méditerranéen
Projet SAGESSE CNRST
2016-2018
Système d’Aide à la décision pour la Gestion des
reSSources en Eau
Projet PHC Maghreb
2014-2016
Université de
Mascara, Algérie
Institut Agronomique
de Tunisie
Estimation spatialisée de l'utilisation de
l'eau par l'agriculture pluviale et irriguée
au Maghreb
Projet REC, H2020
2015-2018
Estimation satellitaire de l’humidité de la
zone racinaire
Poursuite de l’effort de formation par la recherche
8 thèses soutenues (dont 4 co-encadrées) + 3 Habilitations Universitaires
4 soutenances de thèse prévues pour 2016
32 stages master2 (dont 22 co-encadrés)
LMI TREMA: La formation
Formations continues: doctorants + partenaires gestionnaires + pays sud
(6 formations)
Techniques de mesures expérimentales en hydro-météorologie
Modélisation hydrologique
Techniques spatiales en observation de la terre et SIG
Matlab, IDL, …
Approches participatives et gestions des ressources en eau
Formation universitaires
LMI TREMA chapeaute un master national spécialisé Sciences de l’Eau
Implication à l’UCAM sur plusieurs formations sur les thématiques du LMI
trema.ucam.ac.ma
Financial support :
Merci pour votre attention