21 Novembre 2017

Une nouvelle méthode de mesure de la hauteur de neige en montagne

Grâce aux données de Pléiades, une nouvelle méthode pour mesurer la hauteur de neige en montagne vient d’être mise au point. 4 questions à Simon Gascoin, chercheur au CESBIO et co auteur de l’article paru dans la revue The Cryosphere.

CONNAITRE LA HAUTEUR DE NEIGE, A QUOI CELA PEUT-IL SERVIR ?

Connaître la hauteur de neige est évidemment important pour les stations de sports d’hiver. Elles ont besoin de pouvoir communiquer sur l’état d’enneigement de leurs pistes mais également de connaître les risques d’avalanches.

Par ailleurs, la fonte de la neige est une ressource en eau essentielle dans de nombreuses régions de montagne. Le ruissellement de l’eau de fonte au printemps est exploité pour la production d’hydroélectricité. Il alimente en outre les canaux d’irrigation au moment où les cultures en aval en ont le plus besoin. Il est donc important de connaître le stock d’eau accumulée sous forme de neige à la fin de l’hiver, notamment pour les gestionnaires de barrages.

Le recours aux satellites est indispensable pour estimer cette quantité car le réseau de mesure au sol est généralement insuffisant  et les hauteurs de neige sont très variables dans les bassins de montagne, surtout en altitude.

EN QUOI CONSISTE CETTE METHODE ?

C’est très simple. L’équipe a choisi un petit bassin versant des Pyrénées ariégeoises et a élaboré un premier Modèle Numérique d'Élévation (MNE), c’est-à-dire qu’elle a établi une carte de l’altitude du terrain à partir d’images tri-stéréoscopiques de Pléiades acquises en octobre 2014. Ce premier MNE sert de référence. Elle a ensuite établi un second MNE à partir d’images acquises au mois de mars 2015, au moment du pic annuel d’accumulation du manteau neigeux.

Après superposition des deux MNE, l’équipe a comparé leur différence (supposée être la hauteur de neige) à des mesures de hauteur de neige obtenues par sondage manuel et à l’aide d’un drone.

Les résultats indiquent que la carte de hauteur de neige produite à 2 m de résolution a une précision décimétrique sur la hauteur de neige et qu’elle montre des structures spatiales très similaires à celles obtenues par drone. À partir de ces données, les chercheurs ont donc pu estimer directement le volume de neige stocké sur le bassin versant.

Pour convertir ensuite ce volume de neige en volume d’eau, la densité du manteau neigeux doit être connue mais elle varie beaucoup moins dans l’espace que la hauteur de neige. Cette approche présente deux autres limites : l’emprise spatiale de la zone cartographiée est limitée par la fauchée des Pléiades (20 km) et le ciel doit être dégagé pour que les images soient exploitables !

QU’A-T-ELLE D’ORIGINAL ?

C’est la première fois qu’une carte des hauteurs de neige en montagne a pu être établie par satellite. Cette méthode de mesure ne nécessite aucune donnée de terrain, elle peut donc être automatisée et appliquée à d’autres sites où il y a des hauteurs de neige assez importantes.

Cette nouvelle technique ouvre la voie à des applications prometteuses pour estimer la hauteur de neige dans des zones de montagnes de haute altitude, difficilement accessibles mais où les quantités de neige sont généralement les plus fortes. Ainsi, le volume d’eau disponible à la fin du mois de mars 2015 sur le petit bassin versant pyrénéen étudié représentait de l’ordre de quatre mille piscines olympiques.

QUELS SONT LES PARTENAIRES IMPLIQUES DANS CETTE RECHERCHE ?

Ces travaux ont été réalisés dans le cadre de la thèse de doctorat de Renaud Marti financée par la région Midi-Pyrénées et l’Université de Toulouse, avec le soutien de l’Observatoire Homme Milieu du Haut-Vicdessos et le Labex DRIIHM.

L’équipe associait des chercheurs du :

  • Centre d’études spatiales de la biosphère (CESBIO/OMP, UPS / CNRS / IRD / CNES),
  • Laboratoire Géographie de l’environnement (GEODE, UT2J / CNRS)
  • Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, UPS / CNRS / IRD / CNES).

Le CNES, outre le fait d’assurer la tutelle de 2 de ces laboratoires, a facilité la mise à disposition des images à un coût réduit à travers le programme ISIS.

La startup GeoFalco a mené la campagne avec les drones.

Photo de l'équipe qui a effectué les sondages de la hauteur de neige et le survol drone pour valider le produit Pléiades. © CESBIO, Simon Gascoin

Mesure de la hauteur de neige par sondage manuel et relevé des coordonnées géographiques au GPS différentiel lors de la campagne de validation du 10 mars 2016 à Bassiès, Ariège.
© CESBIO, Simon Gascoin

Relief ombré du bassin versant de Bassiès réalisé à l’aide d’un MNE : à gauche sans neige, à droite avec neige près de la date du maximum annuel d’accumulation nivale (11 mars 2016).
© Simon Gascoin

REFERENCES DE LA PUBLICATION

Marti, R., Gascoin, S., Berthier, E., de Pinel, M., Houet, T., and Laffly, D., Mapping snow depth in open alpine terrain from stereo satellite imagery, The Cryosphere, 10, 1361-1380, doi:10.5194/tc-10-1361-2016, 2016.

CONTACTS

  • Contact scientifique au CESBIO/OMP : Simon Gascoin, simon.gascoin at cesbio.cnes.fr
  • Contact au CNES : Anne Lifermann,  responsable programme océanographie côtière, littoral et cryosphère, anne.lifermann at cnes.fr

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