Télédétection du manteau neigeux et modélisation de la contribution des eaux de fonte des neiges aux débits des oueds du haut atlas de Marrakech

Chapitre III : Analyse de la dynamique spatio-temporelle du manteau neigeux dans les montagnes du Haut Atlas de Marrakech à l'aide de la télédétection

· Introduction

La couverture neigeuse est une importante composante du système climatique global, exerçant une influence considérable sur la température et la circulation atmosphérique des moyennes et hautes latitudes. Par les effets de rétroaction de l'albédo des zones gelées et enneigées et par les quantités d'eau potentiellement disponibles dans ces zones et pouvant être libérées, ces régions ont un rôle prépondérant à jouer dans l'équilibre climatique du globe (Groisman and Davies, 2001). Le manteau neigeux constitue un stock d'eau pour le printemps et l'été, dont l'évolution peut être considérée comme un indicateur des changements environnementaux (Bloschl, 1999, Liston 1999, Dennis, 2002). Par conséquent, la connaissance de sa dynamique spatio-temporelle est nécessaire pour modéliser correctement le bilan hydrique à l'échelle d'un bassin versant (Martinec and Rango 1981, Kane et al. 1991, Hartman et al.1999).

En milieu semi-aride, les régions montagneuses constituent souvent la principale source d'eau pour les populations vivant en aval. Elles jouent de ce fait un rôle primordial car elles permettent l'alimentation en eau des régions avoisinantes et contribuent d'une manière significative à la recharge des nappes d'eau souterraine. Dans certaines régions méditerranéennes, une part importante de l'eau douce est stockée temporairement sous forme de neige avant d'être restituée à travers les écoulements de surface pendant la période de fonte. Au Liban par exemple, l'eau de fonte de neige contribue approximativement aux deux tiers du volume total annuel des débits (Shaban et al., 2004). Au Maroc, dans les massifs du Moyen et Haut Atlas une part importante des précipitations tombe sous forme de neige. Lors de la fonte, une quantité non négligeable de l'eau s'écoule dans les cours d'eau. Cependant, la contribution de cette eau de fonte aux débits des cours d'eau reste encore mal connue. C'est ainsi que la caractérisation de la dynamique spatio-temporelle de l'enneigement constitue le premier pas pour évaluer l'influence du stock neigeux dans le bilan hydrique dans la région.

Dans le présent chapitre on présentera dans un premier temps, un aperçu des données satellites les plus utilisées dans la cartographie des surfaces enneigées. Ensuite on expliquera les prétraitements appliqués aux données satellitaires utilisées, suivi par une présentation de l'algorithme développé pour cartographier les surfaces neigeuses dans la chaîne montagneuse du Haut-Atlas marocain. Les variations spatiales et temporelles de la couverture neigeuse sont étudiées à l'échelle du Haut-Atlas (par tranche altitudinale et par exposition) ainsi qu'au niveau des cinq grands bassins versants qui alimentent la plaine du Haouz de Marrakech. Dans la dernière partie de ce chapitre, ces variations sont enfin confrontées avec les mesures météorologiques et hydrologiques disponibles (précipitations, températures et débits) aux échelles saisonnières et interannuelles.

III.1 Télédétection du manteau neigeux

L'imagerie satellitaire est un outil particulièrement adapté à la cartographie du couvert nival à grande échelle, ce qui n'est pas facilement réalisable à partir des observations locales conventionnelles. Elle permet d'obtenir des observations régulièrement distribuées dans le temps et dans l'espace. Grâce à ses propriétés électromagnétiques, la neige est facilement détectable par les systèmes embarqués. Pour cela, divers produits issus de plusieurs capteurs sont disponibles pour les études de la neige.

III.1.1 Propriétés optiques de la neige

Les propriétés optiques de la neige, sa réflectance élevée dans le domaine du visible et du proche Infra-Rouge et une absorption élevée dans le domaine du Moyen Infra-Rouge, sont très contrastées par rapport à la plupart des autres surfaces terrestres ( Figure ýI ; Chapitre I), à l'exception des nuages.

Ces propriétés rendent relativement aisée la détection des surfaces enneigées à partir des données satellite. L'image de la Figure ýIII montre les bassins versants du Haut Atlas et la plaine du Haouz vus le 10 février 2005 par le capteur MODIS dans le domaine visible. La présence de la neige se traduit par des refléctances élevées (comptes numériques (CN) jusqu'à 10000) par rapport aux surfaces dépourvues de neige (CN<2000) (Courbe de la Figure ýIII ).

Figure ýIII- : Observation des neiges du Haut Atlas par le capteur MODIS (bande B4 : Longueur d'onde 0.54-0.56 ?m) le 10 février 2005, les courbes bleu délimitent les cinq sous bassins versants du Haut Atlas. En bas de l'image les variations des réfléctances du profil N-S (trait rouge) sont présentées.