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Quantifier les débits des rivières à l’échelle planétaire : une première

Jérome Monnier, enseignant-chercheur, professeur à l’INSA Toulouse, chercheur à l’IMT (Institut de Mathématiques de Toulouse) collabore avec le CNES, la NASA, pour élaborer sur la base de  modèles mathématiques des algorithmes d’ « inversion »  de données satellitaires en hydrologie et glaciologie.

Avec P.-A. Garambois (INSA Strasbourg - ICUBE) et K. Larnier (IR société C&S - CNES), ils viennent d’établir un algorithme permettant d’estimer le débit des rivières à l’échelle planétaire à partir des futures observations de la mission spatiale SWOT (NASA-CNES, lancement prévu en 2021). Code open source DassFlow* -Data Assimilation for Free Surface Flows- disponible sur le site de l’INSA-IMT. L’algorithme est également implémenté sur les serveurs de calcul du CNES.

 

Quatre milliards de personnes font face à une grave pénurie d'eau : au niveau mondial et sur une base annuelle, suffisamment d'eau douce est disponible pour satisfaire la demande (sociale), mais les variations spatiales et temporelles conduisant à un manque d'eau dans plusieurs parties du monde pendant des périodes spécifiques de l'année.

 

Les satellites ont révolutionné l'océanographie, ils bouleverseront demain l'hydrologie.

 

La mission franco-américaine SWOT** (Surface Water and Ocean Topography) à laquelle Jérôme Monnier et son équipe participent devrait permettre une avancée scientifique importante, en emportant dans l'espace un instrument de rupture technologique, un radar interférométrique large fauchée dénommé KaRIn (lancement 2021).

 

En fournissant des informations essentielles sur les masses d'eau terrestres, SWOT révélera de nouveaux détails sur les modèles changeants de disponibilité en eau douce qui affectent de grandes populations.

 

Les données de la mission SWOT combinés avec de tels algorithmes mathématiques amélioreront de manière radicale les modèles hydrodynamiques à l'échelle planétaire, fournissant en particulier des estimations de débit des rivières.

 

Ces travaux de recherche sont porteurs d'innovations techniques, scientifiques et applicatives déterminantes et s’appuient sur une coopération entre la NASA, le CNES  et l’IMT.

 

SWOT a reçu un financement du PIA (Programme d’Investissement d’Avenir) en raison de son potentiel applicatif important. 

 

 

Contact : Jérôme Monnier, jerome.monnier @ insa-toulouse.fr

(INSA Toulouse, département de mathématiques appliquées)

 

 

* DassFlow est une plate-forme informatique pour la simulation numérique des écoulements géophysiques à surface. Ses caractéristiques notables sont les suivantes :

  • Des modèles mathématiques dédiés aux échelles observées par les satellites  (rivières, glaciers) et des schémas numériques de résolution avancés,
  • De l’assimilation variationnelle de données fusionnant de manière optimale ces modèles mathématiques avec les grandes masses de données disponibles,
  • Des interfaçages avec les bases de données internationales (rivières, calottes polaires – glaciers ; missions CNES-ESA-NASA).

 

** La mission SWOT permettra de réaliser de larges mesures (120 km) alors que les radars altimétriques actuels sont limités à une bande de quelques kms à la verticale du satellite et permettra d'accéder à des niveaux d’eau des fleuves de largeur supérieure à 100 m, ainsi que des lacs et zones d’inondation de surface supérieure à 250 m x 250 m, avec une précision décimétrique.