Pendant huit ans, une zone luxembourgeoise d'environ 300 kilomètres carrés était sous surveillance particulière. Des groupes de recherche de toute l'Europe ont analysé le bassin versant de la rivière Attert, des drones l'ont survolé avec des caméras thermiques, et les satellites ont mesuré le rayonnement. Pendant ce temps, des équipes de recherche étaient dans les champs déterminant la composition du sol. Les données ont ensuite été utilisées pour des calculs de modélisation informatique élaborés. Le but de ces efforts était de résoudre un mystère qui intrigue les gens depuis les débuts de l'agriculture :comment l'eau s'écoule-t-elle à la surface de la Terre et dans le sol ?

Cette question n'est pas seulement pertinente pour l'agriculture, il est également essentiel pour comprendre l'impact du changement climatique ou prévoir les conséquences des catastrophes naturelles. A partir de maintenant, les connaissances sont incomplètes et des facteurs tels que la végétation ajoutent à la complexité de la situation. S'approprier cette complexité était l'objectif du projet international CAOS, abréviation de bassins versants en tant que systèmes organisés, qui impliquait des groupes de recherche d'Autriche, Allemagne et Luxembourg. Une partie du projet a été menée sous les auspices de l'hydrologue Karsten Schulz de l'Université des ressources naturelles et des sciences de la vie appliquées à Vienne et financée par le Fonds autrichien pour la science FWF. En utilisant de nouvelles méthodes pour leurs enquêtes, le groupe viennois s'est particulièrement concentré sur l'analyse des images thermiques prises par les drones et les satellites.

Données inégales

C'est ainsi que Schulz explique les défis de la compréhension des écoulements d'eau à la surface de la Terre :« Il y a d'abord les précipitations, qui est peut-être l'élément le plus difficile car, pour être tout à fait honnête, nous ne savons pas exactement combien de pluie tombe réellement. mais entre les deux, beaucoup de choses restent incertaines. « Surtout dans la région alpine, les mesures sont très sujettes aux erreurs, " note Schulz.

À son avis, mesurer le débit d'eau, c'est à dire., la quantité d'eau dans les rivières, fonctionne déjà très bien, mais il est particulièrement difficile de déterminer l'évaporation de l'eau de la surface de la Terre. « En Autriche en particulier, il y a peu de données disponibles sur cet aspect, car il n'y a pratiquement pas de points de mesure, " dit Schulz.

La complexité et la variabilité du sol présentent un défi supplémentaire :« Très souvent, le ruissellement suivant les précipitations est contrôlé par la structure poreuse grossière du sol, qui est déterminé, entre autres par l'activité des vers de terre. Pour cette raison, le projet avait son propre groupe de travail étudiant les terriers de vers de terre et essayant de les quantifier et de prédire leur structure."

L'évaporation fournit un effet de refroidissement

La rivière Attert a été choisie car son bassin versant dispose d'un réseau de stations de mesure particulièrement dense, ce qui en fait une zone de test idéale pour affiner les modèles et développer une image aussi complète que possible de tous les processus impliqués. Le mandat de Schulz et de son groupe était la télédétection, c'est-à-dire observer les processus depuis l'air à l'aide de caméras thermiques, entre autres. « Nous avons examiné l'ensemble du système par télédétection thermique et caractérisé le bassin versant en fonction de ses fonctions, " explique Schulz.

La température de la surface terrestre permet aux chercheurs de tirer des conclusions sur l'évaporation. L'évaporation diminue là où la température de surface est élevée car il y a moins d'eau disponible, et l'effet de refroidissement de l'évaporation est absent. Là où l'eau est présente, l'énergie est utilisée pour l'évaporation et les températures sont par conséquent plus basses.

Les images thermiques en elles-mêmes ne fournissent pas suffisamment d'informations, c'est pourquoi le groupe de recherche les a combinées avec des images de caméra conventionnelles. Le groupe de Schulz a étudié des images d'une période de dix ans et a soumis ces données à une analyse dite en composantes principales. Cette méthode leur permet d'identifier les structures pertinentes dans de grandes quantités de données. L'objectif était d'identifier les zones présentant un comportement hydrologique similaire. « Nous avons également utilisé les données de cette zone pour caractériser et classer la végétation afin de pouvoir en déduire les propriétés du sol, " explique Schulz.

Viser un modèle précis

Avec les résultats des autres groupes internationaux, les découvertes de Schulz et de son équipe ont été intégrées dans un nouveau modèle de débit d'eau pour la région d'Attert. "Notre travail a été utilisé pour déterminer quelle résolution spatiale de la photographie aérienne était nécessaire pour cartographier toutes les caractéristiques pertinentes du paysage et pour déterminer comment les informations sur le sol peuvent être incorporées dans le modèle." Schulz considère le nouveau modèle issu du projet de recherche fondamentale comme une avancée majeure :« Les modèles hydrologiques précédents, tels que ceux que nous utilisons traditionnellement dans les systèmes de prévision des crues, ne pas avoir, comme règle, mis en œuvre cette interaction entre l'eau et la végétation dans le sol. » Les nouveaux résultats permettent de meilleures prévisions pour l'agriculture et pour les conséquences des inondations. À partir de 2011, le projet CAOS s'est déroulé en deux phases et s'est achevé fin 2019.