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Turko, Maxime. Apport potentiel des mesures de pluie par liens micro-ondes commerciaux pour l'hydrologie urbaine en Afrique

Turko, Maxime (2020). Apport potentiel des mesures de pluie par liens micro-ondes commerciaux pour l'hydrologie urbaine en Afrique.

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Résumé en francais

Les inondations pluviales sont un fléau en zone tropicale et tout spécialement en Afrique où elles causent chaque année des dégâts humains et matériels majeurs, impactant le développement de ces régions. Le risque d'inondation est en recrudescence, notamment dans les zones urbaines, sous l'effet combiné de phénomènes de pluies extrêmes, des changements d'occupation du sol et de la démographie galopante. Pour anticiper ces phénomènes et leur impact, il est essentiel de bien observer les évènements pluvieux à l'origine des inondations. Au Sahel la saison pluvieuse est caractérisée par une convection organisée en période de Mousson. Ces systèmes convectifs propagatifs génèrent des champs de pluie extrêmement variables spatialement et temporellement, qu'il faudrait caractériser à des échelles fines : kilométrique et infra-horaire. Les systèmes d'observations actuels dans les régions tropicales, et singulièrement en Afrique, sont insuffisants : les réseaux de pluviomètres sont peu denses et l'accès aux données est problématique ; les radars météorologiques utilisés dans les pays industrialisés ne sont pas disponibles ; l'observation satellitaire apporte une information essentielle mais encore entachée d'incertitude aux échelles convectives et en temps réel. Dans ce contexte une technique prometteuse a émergé : la mesure de pluie à partir de fluctuations de signaux observées sur les réseaux de téléphonie mobile. La méthode exploite l'atténuation mesurée entre les antennes relais, dans le domaine des micro-ondes, très sensible à la pluie. Dans le cadre du projet Rain Cell cette technique de mesure a été validée dans plusieurs chantiers pilotes en Afrique. L'objet central de cette thèse est d'analyser l'apport de ces mesures pour l'hydrologie urbaine. Après avoir présenté le contexte, une première partie de la thèse est consacrée à l'analyse des incertitudes dans l'estimation de pluie basée sur les liens micro-ondes commerciaux, et leur propagation dans la simulation hydrologique. Un simulateur de données de liens synthétiques a été réalisé et mis en œuvre pour caractériser l'impact de deux sources d'incertitudes : i) la précision des signaux bruts obtenus de l'opérateur de téléphonie et ii) la configuration géométrique du réseau, position, longueur et orientation des liens au sein du bassin. Pour analyser la propagation des incertitudes, les données sont utilisées en forçage d'un modèle hydrologique distribué, ATHYS, mis en place sur la ville de Ouagadougou au Burkina Faso. La seconde partie de la thèse illustre l'intérêt des liens micro-ondes commerciaux en analysant un jeu de données effectivement acquis au Niger, à Niamey grâce à une collaboration avec l'opérateur Orange. Sur l'agglomération de Niamey, de 100 km2 environ, les données d'une centaine de liens micro-ondes ont pu être exploitées. Ces données acquises au pas de temps de 15 minutes sont comparées à trois pluviographes du réseau AMMA-Catch à Niamey, pour huit systèmes pluvieux organisés intenses enregistrés en 2017. L'étude met en évidence l'excellente capacité du réseau de liens à quantifier les pluies, et à caractériser leur structure spatiale et temporelle. Une réflexion est menée sur la variabilité de l'information au sein du réseau, et la difficulté à distinguer de manière automatique les liens dysfonctionnels ou des pluies extrêmes localisées ; une méthodologie de filtrage est proposée. L'apport potentiel du réseau de liens pour cartographier la variabilité spatiale de la pluie au sein du réseau hydrographique de Niamey est analysé. Enfin, l'apport des liens micro-ondes est mis en perspective en le comparant à un autre type de mesure potentiellement disponible en temps réel : les produits satellitaires. Les travaux de thèse confirment l'intérêt des mesures de liens micro-ondes pour la surveillance des risques hydrométéorologiques en zone tropicale et singulièrement en Afrique. Dans les zones urbaines où les réseaux de téléphonie sont denses et les risques particulièrement élevés la méthode est prometteuse ; l'étude montre notamment à Niamey que la dynamique est très bien reproduite (corrélation supérieure à 0,9) et que le biais est inférieur à 10 % pour la majorité des liens. Dans les zones rurales où le réseau est moins dense, les données de liens pourraient être combinées à l'information satellitaire pour améliorer l'estimation de pluie à l'échelle régionale.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Boone, Aaron
Gosset, Marielle
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Géosciences Environnement Toulouse (GET), UMR 5563
Mots-clés libres :Pluies - Inondations - Afrique - Liens microondes - Simulation - Hydrométéorologie
Sujets :Sciences de l'environnement
Déposé le :26 Mar 2021 16:17