Apport de la télédétection dans la mobilisation des ressources en eaux de surface et la gestion du secteur irrigué

Région de la basse vallée de la Medjerda, Tunisie

Lamine Aouni

Centre national de télédétection, Tunis, Tunisie

Résumé

L'objectif de cette étude, menée par le Centre national de télédétection en collaboration avec la Direction générale des ressources en eau du Ministère de l'agriculture, est la mise au point d'une méthode intégrant les données satellitaires à haute résolution spatiale HRV de SPOT et TM de LANDSAT pour l'élaboration d'un inventaire cartographique et statistique des ressources en eaux de surface (hydrographie, lacs, barrages, retenues collinaires).

Les objectifs assignés à cette étude sont les suivants :

· établir une cartographie à l'échelle 1/50 000 de toutes les ressources en eau de surface,

· évaluer les potentialités en eaux de surface par rapport à la superficie irriguée dans la région,

· aider à la gestion des ressources à l'aide d'un système d'information géographique.

Dans une première phase, une interprétation analogique d'un tirage d'image SPOT XS sur la zone d'étude prise en 1990 est réalisée dans le but d'identifier les plans d'eau et les zones de grande humidité et d'interpréter visuellement le réseau hydrographique dans le bassin versant de l'oued Medjerda; le même travail a été réalisé sur un tirage d'une image LANDSAT TM de la même zone. Suit une étape de traitements numériques (classification, seuillage) réalisés sur le canal infrarouge SPOT et TM pour extraire le thème eau. Une deuxième phase consiste à analyser les ressources en eaux de surface par rapport aux périmètres irrigués dans la région. Ce traitement permet d'obtenir un document cartographique sur l'évolution spatiale du secteur irrigué.

L'ensemble des résultats numériques obtenus sous forme de couches d'information numérique sur les eaux de surface et complétés d'informations exogènes constitue une base d'informations utiles à la gestion des ressources. L'apport de la télédétection consiste en une cartographie numérique des ressources en eau à partir d'images satellitaires. La base d'information générée par cette étude peut aider à optimiser l'exploitation de cette ressource dans le cadre d'une gestion hydroagricole de la région en fonction des objectifs de la stratégie nationale.

Abstract

The objective of this study, carried out by the National Remote Sensing Centre, in collaboration with the General Directorate for Water Resources of the Ministry of Agriculture, is the development of a method for the integration of high spatial resolution satellite data (HRV of SPOT and TM of Landsat) for the elaboration of statistical and cartographic index of surface water resources (hydrography, lakes, dams, hill reservoirs).

The study has the following objectives:

· prepare a 1/50 000 map of all surface water resources;

· evaluate the potential in surface water in relation to the irrigated surface in the region;

· support resource management through a GIS.

In a first phase, an analog interpretation of a printed SPOT XS image taken in 1990 was used to identify water surface and very moist areas and to visually interpret the hydrological network of the Oued Medjerda watershed. The same work was carried out with a printed Landsat TM image of the same area. This was followed by a phase of digital processing (classification, thresholding) carried out on the infrared band of SPOT and LANDSAT to isolate the water theme. A second phase consisted in analysing the surface water resources in relation to the irrigated perimeters in the region. This treatment provides a map of the spatial evolution of irrigated areas.

All the numeric results obtained in the form of strata of digital information on water surface completed with exogenous information provide a useful basis for water resource management. The contribution or remote sensing consists in a digital map of water resources from satellite data. The information base generated by this study can help in the optimisation of the use of the resource in the framework of rural water management in the region within the objective of the national strategy for the mobilisation of water resources.

Introduction

La Tunisie, en raison de sa situation géographique, est un pays aride à semi-aride sur la majeure partie de son territoire. Cette aridité, conjuguée aux caprices du climat méditerranéen, fait de l'eau une ressource à la fois rare et mal repartie dans l'espace et dans le temps.

Du fait de la rareté des ressources en eau et de la variabilité de sa répartition face à des besoins sans cesse croissants il est impératif de continuer à accorder au secteur de l'eau l'importance qu'il mérite, notamment en ce qui concerne les actions d'identification, de planification et de gestion de ces ressources.

Le bilan des ressources en eaux de surface en tunisie

Le bilan global actualisé par la Direction générale des ressources en eau en 1990 indique un potentiel global de 4 500 Mm³/an reparti comme suit:

· eaux de surface : un potentiel de 2 700 Mm³/an dont 2 100 Mm³/an sont mobilisables,

· eaux souterraines : un potentiel de 1 840 Mm³/an dont la totalité est mobilisable

moyennant la réalisation des ouvrages de captage nécessaires.

Sur le potentiel global des eaux de surface, 64% de celles mobilisables sont déjà mobilisés (soit 1 335 Mm³/an sur 2 100 Mm³/an). Le tableau 1 fournit un bilan détaillé des eaux de surface du Nord de la Tunisie et une comparaison avec les autres régions du Centre et du Sud.

TABLEAU 1

Les ressources en eaux de surface de la Tunisie.

Ainsi les potentialités en eaux de surface de la Tunisie identifiées à ce jour se répartissent comme suit:

· 81% pour le Nord

· 11% pour le Centre

· 8% pour le Sud

Une stratégie de développement pour les dix prochaines années a comme premier objectif de mobiliser la totalité des ressources en eau actuellement identifiées, de manière à répondre aux besoins en eau des secteurs agricole irrigué, industriel, et des services. Un deuxième objectif de cette stratégie considéré comme prioritaire est la prospection des nouvelles ressources pour satisfaire les besoins croissants des divers utilisateurs.

Les objectifs de la stratégie nationale actuelle de mobilisation des ressources en eau sont les suivants :

· exploiter l'ensemble des ressources en eaux souterraines exploitables, et mobiliser les eaux de surface mobilisables pour la satisfaction des besoins en eau potable et d'irrigation, soit augmenter de 639 Mm³/an les eaux de surface disponibles;

· identifier les nouvelles ressources dans les zones où les eaux de ruissellement ne sont pas encore suffisamment maîtrisées et où les eaux souterraines ne sont pas entièrement reconnues, pour porter les ressources de 350 à 500 Mm³/an;

· entreprendre une politique d'économie de l'eau et utiliser des ressources non conventionnelles dans le but de réduire des taux de perte estimés à 30% pour le réseau de distribution de l'eau potable et 40% pour le réseau d'irrigation. Le tableau 2 donne la situation et les perspectives du secteur irrigué.

TABLEAU 2

Situation et perspectives du secteur irrigué.

Depuis plusieurs années, des campagnes d'inventaire des ressources en eaux de surface et des opérations d'évaluation, ou études hydrologiques, ont été entreprises à différents niveaux, notamment en ce qui concerne les grands bassins du pays comme la Medjerda, le Mellegue, le Meliane ou le Zeroud.

Dans ce contexte, afin de répondre aux objectifs de la stratégie nationale de mobilisation des eaux de surface, d'offrir un bilan des potentialités hydrologiques rapide et actualisé, de suivre l'évolution des grands systèmes hydrologiques et de comprendre le comportement des petites entités hydrologiques de plus en plus sollicitées, le choix des pouvoirs publics a porté sur une approche d'inventaire basée sur la télédétection pour mener une étude de diagnostic et fournir les données nécessaires à la planification de l'utilisation et de la gestion de ces ressources vitales pour l'économie du pays.

Caracteristiques de l'étude

Objectifs

Cette étude à caractère expérimental a été entreprise par le Centre national de télédétection en collaboration avec la Direction générale des ressources en eau et la Direction des périmètres irrigués du Commissariat régional du développement agricole du gouvernorat de l'Ariana pour répondre aux objectifs suivants:

· établir un inventaire cartographique des ressources en eaux de surface,

· cartographier les potentialités en irrigation dans la zone d'étude,

· aider à la gestion des ressources en eaux de surface et constituer une base de données hydrologiques.

L'étude expérimentale est en cours et aura une durée de six mois; elle vise à mettre à l'essai les possibilités offertes par les images satellite des différents capteurs (tableau 3).

TABLEAU 3

Caractéristiques des images satellitaires retenues pour l'étude expérimentale.

Choix de la zone d'étude

La zone test choisie (figure 1) est située dans la vallée de la Medjerda, principal bassin hydrologique de la Tunisie. Elle s'étend du barrage d'élévation d'El Aroussia jusqu'à l'embouchure de l'oued Medjerda en Méditerranée. Cette zone correspond aux basses plaines d'un ancien golfe dont le comblement se poursuit rapidement; elle se rétrécit au Sud où l'ensemble du Jebel Ammar la sépare du bassin de Tunis ; la région reçoit une pluviométrie comprise entre 400 et 600 mm/an, avec une variabilité interannuelle moins accusée qu'à l'intérieur. Sa vocation agricole principale est le maraîchage et l'arboriculture intensive irriguée.

Méthodologie

La démarche méthodologique visait à proposer un outil d'inventaire opérationnel fiable et reproductible. Elle repose sur les fondements suivants :

· utilisation conjointe de l'extraction automatique et par interprétation visuelle de l'information,

· choix des données les plus précises et propagation de l'information,

· segmentation de l'image par masque pour éviter les confusions.

Données utilisées

Cette étude expérimentale est basée sur l'utilisation d'images SPOT XS (20 m) et LANDSAT TM (30 m), disponibles au C.N.T. : trois scènes SPOT XS de niveau 1B, prises pendant la période de juin et juillet 1990 et 1988, et un quart de scène LANDSAT TM prise en 1990. Les scènes SPOT sont de niveau 1 B afin de conserver la qualité radiométrique de l'information. D'autres données relatives aux périmètres irrigués et aux ressources en eaux de surface disponibles au Ministère de l'agriculture (délimitations, réseau d'irrigation/drainage) ont été exploitées et intégrées dans l'interprétation .

Signature spectrale de l'eau

L'identification de l'eau se base sur le profil spectral tout à fait spécifique dans le canal proche infrarouge (PIR) caractérisé par des réflectances faibles car l'eau absorbe fortement les rayonnements dans cette tranche de longueurs d'onde. On peut ainsi aisément discriminer les surfaces en eau, qui apparaissent sur l'image avec de faibles valeurs numériques.

FIGURE 1

Plan de situation

Toutefois, certaines confusions existent entre le thème eau à forte réflectance et d'autres thèmes (végétation, zones humides, zones d'ombre). Les bandes PIR de SPOT et TM de LANDSAT offrent toutes les applications de sensibilité à l'humidité du sol et du feuillage (figure 2).

D'autre part, la détection des plans d'eau est tributaire de la superficie du plan d'eau et de l'effet de son environnement.

Classification des images satellitaires

La méthode utilisée consiste à classer par un seuillage rigoureux dans la bande PIR du thème eau pour obtenir la surface d'eau probable en fonction des seuils définis. Un deuxième seuillage moins rigoureux a permis de classer des thèmes de végétation. L'identification des cultures irri-guées à été aisée grâce aux valeurs numériques élevées observées relativement à ce thème.

Choix des seuils radiométriques du thème eau

FIGURE 2

Courbes de réflectance de l'eau, du sol et de la végétation (Girard, 1989)

Une étape d'apprentissage et d'analyse de l'histogramme des bandes PIR (SPOT et LANDSAT) a permis définir les seuils radiométriques du thème de l'eau (tableau 4). Plusieurs tests ont été réalisés et une confusion persiste entre le thème de l'eau et celui des cultures fortement humides de petite taille. Une autre confusion est notée au niveau des zones d'ombres portées.

Choix des seuils de l'indice de végétation et identification des cultures irriguées

Dans un souci de mieux isoler le thème végétation, et plus parti-culièrement les cultures irriguées, on a calculé l'indice de végétation à partir du rapport entre les bandes XS2 et XS3 de l'image SPOT. Ce néocanal a été utilisé pour classer les thèmes de végétation en fonction des caractéristiques spectrales de plusieurs parcelles à couvert végétal homogène. Le couvert végétal a pu être ainsi extrait du reste de l'information de l'image. Les cultures irriguées se distinguent des autres types de végétation par des valeurs radiométriques plus élevées (tableau 5).

TABLEAU 4

Seuils radiométriques du thème eau.

TABLEAU 5

Seuillage de l'indice de végétation.

Cartographie des ressources en eaux de surface

Les résultats des traitements numériques de niveau 1B sont corrigés géométriquement par rapport à eux-mêmes (superposition image/image) puis par rapport à un référentiel géographique. La mise en forme et l'habillage cartographique ont été réalisés d'une manière automatique conformément aux normes de la cartographie thématique.

Numérisation d'informations complémentaires

La délimitation des périmètres publics irrigués (PPI) et le dessin des réseaux d'irrigation et de drainage ont été intégrés à la carte des ressources en eaux de surface à partir de documents disponibles au Ministère de l'agriculture.

Résultats

Les premiers résultats de cette étude expérimentale en cours figurent ci-dessous :

1. La carte des ressources en eaux de surface sur fond d'image SPOT à une échelle de 1/50 000 en 1990 contenant les thèmes suivants:

· hydrographie,

· plans d'eau, lacs collinaires,

· barrages,

· limites de bassin versant,

· zones fortement humides (hydromorphie).

Cette carte couvre la zone test à partir du barrage d'El Aroussia.

2. La carte des cultures et périmètres irrigués à l'échelle de 1/50 000 et leur évaluation par rapport aux thèmes suivants:

· grandes cultures,

· cultures irriguées probables,

· limites des PPI,

· zones irriguées déclassées (changement de vocation)

· réseau principal d'irrigation,

· réseau de drainage.

3. Une base de données hydrologiques constituant un outil de gestion : cette étude a généré une masse d'informations numériques relatives aux ressources en eaux de surface et à leur utilisation. La base d'informations actualisées peut servir à l'établissement d'un plan d'aménagement hydroagricole et de gestion des ressources en eaux de surface.

Conclusion

Cette étude expérimentale a montré que les données multispectrales haute résolution de type SPOT et LANDSAT TM permettent une cartographie thématique des ressources en eaux de surface. Il est possible d'établir non seulement des inventaires et une cartographie précise des plans d'eau et leur dénombrement, mais aussi des discriminations des différents types d'eaux de surface en fonction de leur nature. Pour les zones déjà cartographiées, on peut effectuer une mise à jour rapide de l'information. Pour les zones mal connues, ou peu accessibles, c'est un outil d'investigation précieux.

Le proche infrarouge reste le domaine spectral le mieux adapté à la séparation de ces thèmes. En ce qui concerne cette étude, il est intéressant de noter que :

· Si la méthode proposée permet une bonne reconnaissance automatique à l'échelle d'une zone étendue, une identification des plans d'eau à partir d'images nécessite le choix d'une date de prise d'images qui correspond à des périodes sèches et à un minimum d'effet d'ombre.

· L'utilisation des données panchromatiques et le modèle numérique du terrain (MNT) peuvent aider à l'identification des bassins versants favorables à la petite hydraulique.

· La méthode est reproductible sur d'autres régions de la vallée de Medjerda. Elle permet de mieux évaluer les potentialités hydrologiques de la zone d'étude et les possibilités d'aménagement hydroagricole.

Pour améliorer la précision et la fiabilité de ces résultats on peut :

· suivre la variabilité spectrale saisonnière de l'eau, ce qui facilitera la détection des modifications,

· isoler préalablement par des masques les thèmes pouvant prêter à confusion dans l'évaluation des surfaces en eau,

· intégrer les données PA de SPOT indispensables pour l'analyse de l'hydrographie en fonction des bassins versants et de leurs possibilités hydrologiques.

Hormis ces contraintes, les cartes issues de la télédétection constituent un outil d'inventaire et de gestion des ressources en eau fiable et opérationnel, basé sur l'exploitation des paramètres spectraux spatiaux et temporels. Ces documents, combinés à d'autre données telles que les caractéristiques et la vocation des ressources en eau, peuvent contribuer à une meilleure mobilisation des ressources en eaux de surface et permettre une gestion efficace et rationnelle du secteur hydroagricole.

Bibliographie

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