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Télédétection du manteau neigeux et modélisation de la contribution des eaux de fonte des neiges aux débits des oueds du haut atlas de Marrakech

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par Abdelghani Boudhar
Université Cadi Ayyad - Doctorat National 2009
  

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d'ordre

08/2009

UNIVERSITE CADI AYYAD N° d'ordre : 08/2009

FACULTE DES SCIENCES ET

TECHNIQUES- MARRAKECH

THÈSE

présentée à la Faculté des Sciences et Techniques de Marrakech

pour obtenir le grade de :

Docteur

UFR : Gestion et valorisation des Géoressources

Spécialité : Hydrologie et télédétection

Télédétection du manteau neigeux et modélisation de la contribution des eaux de fonte des neiges aux débits des Oueds du Haut Atlas de Marrakech

par :

Abdelghani BOUDHAR

(DESA: Risques Géologiques, Télédétection et Cartographie)

soutenue le 21 Décembre 2009 devant la commission d'examen :

Abdelghani CHEHBOUNIDirecteur de Recherche, IRD Toulouse, France

Président

Lahcen BENAABIDATEPES, Fac. Sc. et Techniques, Fès, Maroc

Rapporteur

Bouabid EL MANSOURIPES, Fac. Sc. Kénitra, Maroc

Rapporteur

Nour-Eddine LAFTOUHIPES, Fac. Sc. Semlalia, Marrakech, Maroc

Rapporteur

Jean-Emmanuel SICARTChargé de Recherche, IRD Grenoble, France

Examinateur

Lahoucine HANICHPES, Fac. Sc. et Techniques, Marrakech, Maroc

Directeur de thèse

Gilles BOULETChargé de Recherche, IRD Toulouse, France

Co- Directeur

Brahim BERJAMYIngénieur d'état, ABHT, Maroc

Invité

Abdelghani BOUDHAR

Télédétection du manteau neigeux et modélisation de la contribution des eaux de fonte des neiges aux débits des Oueds du Haut Atlas de Marrakech

2009 (G)

Fiche de présentation de la thèse

Auteur

Abdelghani BOUDHAR

Titre

Télédétection du manteau neigeux et modélisation de la contribution des eaux de fonte des neiges aux débits des Oueds du Haut Atlas de Marrakech.

Période

Décembre 2006 à décembre 2009

Directeur de thèse 

Dr. Lahoucine HANICH

Professeur d'Enseignement Supérieur

Université Cadi Ayyad. Faculté des Sciences et Techniques (FST)-Marrakech, Maroc.

Co-directeur de thèse

Dr. Gilles BOULET

Chargé de Recherche (IRD (Institut de Recherche pour le Développement)

CESBIO-UMR 5126 CNES-CNRS-IRD-UPS - Toulouse. France.

Laboratoires

- Georessources, Département des Sciences de la Terre, FST-Marrakech.

- CESBIO : Centre d'Etude Spatiale et de la BIOsphère, Toulouse, France.

Cadres de coopération et de soutien

- Projet SUDMED: Collaboration entre l'Université Cadi Ayyad, ABHT, ORMVA et DMN (Maroc) et l'Institut de Recherche pour le développement (France).

http://www.irrimed.org/sudmed/presentation/;

-CREMAS : Centre de Recherche sur l'Eau en Milieu Aride et Semi Aride à la (FST) de Marrakech. Jeune Equipe Associée à l'IRD.

- Action Intégrée franco-marocaine n°/ MA/06/148 « Gestion durable des ressources en eau dans le bassin versant de Tensift »

Articles publiés dans des revues internationales à comité de lecture

  • A. Boudhar, B. Duchemin, L. Hanich, A. Chaponnière , P. Maisongrande , G. Boulet, J. Stitou et A. Chehbouni. (2007). Analyse de la dynamique des surfaces enneigées du Haut Atlas Marocain à partir des données SPOT-VEGETATION. Sécheresse. 18, (4):1-11.
  • Chehbouni, A., Escadafal, R., Boulet, G., Duchemin, B., Simonneaux, V., Dedieu, G., Mougenot, B., Khabba, S., Kharrou, H., Merlin, O., Chaponnière, A., Ezzahar, J., Erraki, S., Hoedjes, J., Hadria, R., Abourida, H., Cheggour, A., Raibi, F., Boudhar, A., Hanich, L.,Guemouria, N., chehbouni, Ah., Olioso, A., Jacob, F. and Sobrino, J. (2008) An integrated modelling and remote sensing approach for hydrological study in semi-arid regions: the SUDMED Program. International Journal of Remote Sensing. 29:5161-5181.
  • A. Boudhar, L. Hanich, G. Boulet, B. Duchemin and A. Chehbouni (2009), Impact of the snow cover estimation method on the Snowmelt Runoff Model performance in the Moroccan High Atlas Mountains, Hydrological Sciences Journal/Journal des Sciences Hydrologiques. 54(6):1094-1112.
  • A. Boudhar, B. Duchemin, L. Hanich, L. Jarlan, A. Chaponnière , P. Maisongrande, G. Boulet, A. Chehbouni (2010).Long term analysis of snow covered-area in the Moroccan High-Atlas through remote sensing. Int. J. Appl. Earth Observ. Geoinform. doi: 10.1016/j.jag.2009.09.008. 12S (2010) S109-S115.
  • A. Boudhar, B. Duchemin, L. Hanich, G. Boulet, V. Simoneaux, and A. Chehbouni. Mapping of Air Temperature in an arid mountainous watershed using Landsat ETM+ data. En cours.

Communications présentées dans des colloques internationaux

  • B. Duchemin, J. Leroux, G. Boulet, P. Maisongrande , A. Boudhar, L. Hanich, A. Chaponnière, A. Chehbouni. (2007). Improvement of remotely sensed snow cover monitoring in semi-arid High Atlas Mountains and its assimilation in a distributed hydrological model. Geophysical Research Abstracts, Vol. 9, 08129, 2007.
  • A. Boudhar, B. Duchemin, L. Hanich, A. Chaponnière, P. Maisongrande, G. Boulet, J. Stitou et A. Chehbouni (2007). Suivi spatio-temporel de la couverture neigeuse dans le Haut Atlas de Marrakech à l'aide des images SPOT-VEGETATION. The first MAPG (Moroccan Association of Petroleum Geologists) International convention and exhibition. Marrakech October 28, 31 2007.
  • A. Chehbouni , G. Boulet, B. Duchemin, V. Simmonaux, R. Escadafal, , B. Mougenot, L. Hanich, L. Jarlan, S. Khabba , S. Erraki , J. Ezzahar , O. Merlin, A. Abourida, A. Cheggour , A. Boudhar, A. Chaponnière, H. Karrou , N. Guemouria, N. Alaa , and B. Berjami (2008). The Tensift basin: an ideal outdoor laboratory to investigate basin scale hydrological functioning in the Mediterranean region: The SUDMED Program. 13th IWRA World Water Congress 2008, 1-4 Septembre, Montpellier, France.
  • G. Boulet, A. Boudhar,L. Hanich,B. Duchemin,V.Simonneaux,P. Maisongrande,A. Chehbouni,S. Thomas and A.Chaponnière(2008.Hydrological modelling in the High Atlas mountains with the help of remote-sensing data: milestones of the SudMed project. 13th IWRA World Water Congress 2008, 1-4 Septembre, Montpellier, France.
  • A. Boudhar, L. Hanich, G. Boulet, B. Duchemin, A. Chehbouni, (2008). Apport des données SPOT-VEGETATION à la modélisation de la fonte de neige dans le Haut Atlas marocain. 13th IWRA World Water Congress 2008, 1-4 Septembre, Montpellier, France.
  • A. Boudhar, L. Hanich, G. Boulet, A. Chehbouni . M. Chtioui (2008) .Use of remote sensing data to simulate daily snowmelt in the Moroccan high Atlas. MILIA Project, 2nd workshop on technological perspectives for rational use of water resources in the Mediterranean region, Marrakech: October 28th - November 2nd 2008.
  • G. Boulet, A. Boudhar , L. Hanich , B. Duchemin , G. Chehbouni , and B. Berjamy (2009). Impact of the snow cover estimation method on the Snowmelt Runoff Model performance in the moroccan High Atlas Mountains. Geophysical Research Abstracts,Vol. 11, EGU2009-0, 2009.A. Boudhar, G. Boulet, L. Hanich and A. Chehbouni (2009). Snowmelt process modelling in an arid mountain «Moroccan High Atlas». Global Change in Africa: Projections, Mitigation and Adaption. Cologne/Germany, 02-05 June 2009.

REMERCIEMENTS

Il m'aura fallu de décembre 2006 à décembre 2009 pour mener à bien cette thèse, jonchée d'obstacles, poussant à la fatigue, voire dans les pires cas à la démotivation. Ces épreuves ont toujours été remplacées par un enthousiasme et un optimisme débordant. J'ai vécu cette thèse comme un vrai parcours personnel et humain, riche en rencontres. Heureusement, sur ce chemin, beaucoup de personnes ont gravité autour de moi et m'ont donné l'énergie d'aller de l'avant. Je vais donc prendre le temps de les remercier chaleureusement.

Mes plus vifs remerciements s'adressent à mes directeurs de thèse, Mr. Lahoucine HANICH de la Faculté des sciences et Techniques de Marrakech et Mr. Gilles BOULET de l'Institut de Recherche pour le Développement (IRD) à Toulouse, qui ont su me lancer dans un domaine passionnant à la fois pour leurs patiences et leurs disponibilités, leurs suivis attentifs et leurs conseils avisés.

Cette thèse a été préparée dans un cadre de collaboration de recherche Franco-Marocain. Je tiens à remercier tous les organismes et les personnes pour le soutien financier de cette thèse : Action Intégrée franco-marocaine n°/ MA/06/148 « Gestion durable des ressources en eau dans le bassin versant de Tensift », la jeune équipe associée à l'IRD « CREMAS » et le programme de recherche « SudMed ».

Je suis très reconnaissant à Lahcen BENAABIDATE, Bouabid EL MANSOURI et Nour-Eddine LAFTOUHI, rapporteurs de ma thèse, ainsi qu'à Jean-Emmanuel SICART et Brahim BERJAMY, examinateurs, d'avoir accepté de participer au jury de thèse et de s'être rendu à ma soutenance (malgré des lieux de résidence divers et lointains !). Je les remercie des questions et remarques que leur a inspirées ce travail et qui témoignent de l'intérêt qu'ils y ont porté. Merci également à Abdelghani CHEHBOUNI d'avoir présidé ce jury.

J'exprime aussi mes remerciements les plus sincères à toute l'équipe du programme « SudMEd » : A Monsieur Abdelghani CHEHBOUNI, le responsable scientifique du projet pour ses encouragements et son soutien scientifique et moral. Sur le volet «télédétection», merci à Benoît DUCHEMIN qui m'a beaucoup aidé à la découverte de l'imagerie spatiale et pour son encadrement depuis mon stage de fin d'étude de « DESA ». Merci à Vincent Simmoneaux, Michel LE PAGE, Said KHABBA, Salah ERRAKI, Jamal EZZAHAR, Lionel JARLAN, Bernard MOUGENOT pour leurs aides et leurs conseils. Merci à mohammed KASBANI, Abdennacer KAMIL et Sonia THOMAS avec qui j'ai passé des bons moments sur le terrain en montagnes du Haut Atlas.

Merci à Mr. Yann KERR, Directeur du Centre d'Etude Spatiale de la BIOsphère (CESBIO) à Toulouse de m'avoir accueilli au sein de son laboratoire au cours zde mes missions à Toulouse. Merci à tout le personnel du CESBIO.

Enfin, merci à tous mes collègues de l'université Cadi Ayyad (Najib, Hicham, Youssef, Simohammed, Abdelkarim...).

· RÉSUMÉ

Au centre du Maroc, la chaîne du Haut Atlas constitue un véritable château d'eau pour les plaines arides avoisinantes. C'est le cas de la plaine du Haouz dans la région de Marrakech où les ressources en eau subissent une forte exploitation sous l'effet conjugué de l'accroissement des besoins (due à l'expansion des périmètres irrigués, à la démographie et au développement du tourisme) et la réduction des ressources (sécheresse passagère et/ou liée aux changements environnementaux). Dans ce contexte, la gestion durable de ces ressources est une priorité pour les autorités de la région et du pays. C'est dans cet objectif global que nous avons entamé ce travail de thèse.

L'objectif de notre travail est de modéliser, comprendre et prédire l'apport de la fonte du manteau neigeux aux débits des oueds des cinq sous bassins versants du Haut Atlas de Marrakech. Afin de compenser l'absence des données in-situ dans la zone, nous avons adopté une approche méthodologique basée sur la combinaison des données hydro-climatiques mesurées et les informations extraites à partir des images satellites. Ces dernières ont été utilisées pour déduire la répartition spatiotemporelle de deux paramètres hydro-climatiques essentiels, l'extension du couvert nival et la température de l'air. Les cartes d'enneigement sont produites à partir des données issues de deux capteurs SPOT-VEGETATION et MODIS. Ces cartes nous ont permis de comprendre la dynamique spatiale et temporelle du couvert nival dans le Haut Atlas, par sous bassin versant, selon l'altitude et l'exposition. À partir des données thermiques du capteur Landsat ETM+, nous avons développé un modèle de spatialisation de la température de l'air (MSPAT). Les résultats obtenus à l'échelle ponctuelle (station météorologique) sont comparables à ceux de modèle du gradient altitudinal. Tandis qu'à l'échelle du bassin versant, les simulations des surfaces des neiges sont nettement améliorées en utilisant la température spatialisée par le modèle MSPAT.

Dans le but de comprendre les processus d'accumulation et d'ablation du manteau neigeux dans la région d'étude, nous avons testé le modèle de bilan d'énergie ISBA-ES à la station nivale de l'Oukaimden située à 3200m d'altitude. Les résultats obtenus montrent qu'une part importante de perte des eaux est due à la sublimation (de 16 à 37%). En parallèle du modèle ISBA-ES, nous avons utilisé des modèles simples de type degré jour avec plusieurs formulations. A la fin de ce travail, nous avons analysé l'apport des données de la télédétection à la modélisation hydrologique par le modèle Snowmelt Runoff Model « SRM ». L'année 2005 a été choisie pour calibrer SRM et étudier la sensibilité de ses paramètres. La validation du modèle est effectuée sur les autres saisons entre 2002 et 2005. Dans cette période, l'apport moyen des eaux de fonte de la neige aux débits des principaux oueds atlasique est d'environ 25%.

Mots clés : Hydrologie nivale, télédétection spatiale, modélisation, manteau neigeux, semi-aride, Haut Atlas.

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