Pompage des eaux souterraines

La Terre
observée
depuis l’espace
Anny Cazenave
LEGOS/CNES
Toulouse - France
Orbitographie précise
et
détermination
du
champ de gravité de la Terre
Géoide à grandes
longueurs d’onde
Schéma
de l’intérieur de la Terre
d’après Courtillot et al. 2003
Principe
de
l’altimétrie spatiale
Satellite
Geos 3 (USA)
Seasat (USA)
Geosat (USA)
ERS-1 (ESA)
Topex/Poseidon (NASACNES)
ERS-2 (ESA)
GFO (USA)
Jason-1 (NASA-CNES)
Envisat (ESA)
Lancement Inclinaison
Distance
intertrace
(km)
1975
1978
1985
1991
1992
108°
108°
98.5°
98.5°
66°
160/800
160
6/160
8/80
350
1995
1998
2001
2002
98.5°
80
160
350
80
66°
98.5°
Le géoide marin dans le Pacifique central d’après SEASAT
Iles Marquises
Archipel de la Société
Monts sous marins
de Louisville
Surface de la mer (géoide marin) cartographiée par
altimétrie satellitaire
Géoide marin - Atlantique nord
Géoide marin -Océan Indien
Applications scientifiques
de la cartographie fine du géoide marin
ªStructure mécanique de la lithosphère océanique
ª Evolution thermique des plaques
ªOrigine des bombements de points chauds
ª Découverte de linéations à courte et moyenne
longueurs d ’onde du géoide marin
ªCartographie des structures tectoniques des fonds
marins :
- zones de fracture et reconstruction des
plaques dans le passé
- distribution des monts sous marins
- traces de points chauds
- structure des dorsales océaniques
Structure et évolution de la lithosphère océanique
Linéations du géoide dans le Pacifique central
Topographie sous marine
déduite
de la cartographie
du géoide marin
par altimétrie
(Smith & Sandwell, 1997)
Topographie sous marine - Pacifique ouest
Topographie sous marine -Mer de Tasmanie
Découverte de nombreux volcans sous marins
Depth in m
~ 4000
noveaux volcans
sous marins
découverts dans le
Pacifique
Une nouvelle technique
pour mesurer le niveau de la mer :
l ’altimétrie spatiale
Le marégraphe de
l ’île de Kerguelen
RESEAU MONDIAL DE MAREGRAPHES -2001-
Réseau de marégraphes historiques
SAN FRANCISCO
NEW YORK
BREST
STOCKHOLM
Déformation de la croûte terrestre et rebond post glaciaire
Calotte
glaciaire
Déformation de la croûte terrestre
sous la charge des glaces polaires
et REBOND POST GLACIAIRE
Phénomènes à l ’origine de mouvements
verticaux de la croûte terrestre
•
•
•
•
•
Activité tectonique
Activité sismique
Activité volcanique
Rebond Post Glaciaire
Subsidence du sol causée par le pompage de
l’eau, du pétrole, etc.
• Déformations élastiques sous le poids des masses
d’air, d’eau et de neige
Niveau moyen de la mer mesuré par Topex/Poseidon
Vitesses d’élévation du niveau de la mer
mesurées par Topex/Poseidon entre 1993 et 2003
mm/an
Dilatation thermique
Echange d ’eau
avec les continents
Fonte/accumulation
des calottes glaciaires
Déformation
des bassins océaniques
Mécanismes causant les variations du niveau de la mer
Données de température in situ (1993-1998)
Elévation du niveau de la mer (1993-2003)
Topex/Poseidon
Expansion thermique
Carte du taux de variation par Topex
Carte des dérives du
niveau de la mer entre
1993 et 1998
Expansion thermique
en haut :
Topex/Poseidon
en bas :
expansion thermique
L’élévation du niveau de la mer
mesurée par Topex/Poseidon au
cours des années 1990 est
essentiellement causée par la
dilatation thermique de l ’océan
Contribution
des réservoirs d’eaux continentales
à l ’élévation du niveau de la mer
EAUX
CONTINENTALES
CRYOSPHERE
OCEANS
2.15%
0.65%
97.2%
0.63%
Eaux des sols
0.02%
Eaux de surface
0.001
Atmosphère
Biosphère
LE CYCLE HYDROLOGIQUE GLOBAL
(unités: 1012 m3 par an)
Atmosphère
marine
A = 36
Atmosphère
continentale
E = 434
P = 398
E = 71
Oceans
R = 36
Continents
P = 107
Atmosphère
Précipitation :
Précipitation
Manteau
neigeux
Evaporation
Evaporation
Transpiration
Lacs
Rivières
eau des sols
Océans
eaux souterraines
Le glacier des bossons
(massif du Mont Blanc)
En 1900
Aujourd’hui
Effet de la fonte des glaciers de
montagne sur le niveau de la mer
accélération?
Topographie du Groenland
Atmosphère
Précipitation :
Précipitation
Manteau
neigeux
Evaporation
Evaporation
Transpiration
Lacs
Rivières
eau des sols
Océans
eaux souterraines
MODELES HYDROLOGIQUES
GLOBAUX
Ð
BILAN HYDRIQUE : dW/dt
=P-E-R
W: Contenu en eau des sols
P : Précipitations
E : Evapotranspiration
R: Ruissellement
Réservoirs d ’eaux continentales (1981-1998)
Aquifers
0.07 mm/an
Eau des sols
0.03 mm/an
Neige
0.02 mm/an
Total
0.12 mm/an
Contributions des glaciers, calottes polaires
et eaux continentales à l ’élévation du
niveau de la mer au cours des années 1990
Résultats récents
„ GLACIERS de montagne : +0.5 mm/an
„ CALOTTES POLAIRES :
Groenland : +0.13 mm/an
Antarctique : +0.16 +/- 0.05 mm/an (WA)
total = + 0.3 mm/an
„ EAUX CONTINENTALES : +0.2 mm/an
TOTAL : ~1 mm/yr
Puisque l ’élévation du niveau
de la mer au cours des années
1990 est due essentiellement au
réchauffement des océans,
que devient le 1 mm/an
dû à la fonte des glaces?…..
Utilisation de l’eau pour les activités humaines
Variations des stocks d’eaux
continentales et activités humaines
•
•
•
•
•
Construction de barrages et de réservoirs
Pompage des eaux souterraines
Détournement des fleuves pour l’irrigation
Déforestation
Urbanisation
Effets des activités humaines sur le
cycle hydrologique continental et le
niveau de la mer:
SLC = (G+U+C+D) - (R+I)
SLC: Niveau de la mer
G: Pompage des eaux souterraines
U: Urbanisation
C: Combustion des énergies fossiles
D: Déforestation
R: Réservoirs et barrages
I: Irrigation
Effets des activités humaines sur le
niveau de la mer (mm/an)
Pompage eaux souterraines
Urbanisation (U)
Combustion énergies fossiles (C)
Déforestation (D)
0.2 +/- 0.1
0.34 +/- 0.04
0.01 +/- 0.06
0.09 +/- 0.02
Réservoirs/Barrages (R)
Irrigation (I)
- 0.98 +/- 0.2
- 0.56 +/- 0.06
TOTAL : - 0.91 +/- 0.45
PERSPECTIVES
JASON-1 lancé en décembre 2001
ENVISAT (lancé en mars 2002)
ELEVATION DU NIVEAU DE LA MER
AU 21ème SIECLE : PREDICTIONS DE l ’IPCC
Elévation du niveau de la mer en 2100 (IPCC, 2001)
0
30 cm
60 cm
Bassin Amazonien
Couverture des traces de Jason (rouge) et Envisat (noir)
• stations hydrographiques in situ
MISSION GRACE
Variations saisonnières des masses d’air et d’eau dans
l ’atmosphère, l ’océan et les réservoirs continentaux
mesurées par GRACE
Variations saisonnières des stocks d’eaux continentales
mesurées par GRACE
Niveau
de la mer
JASON
GRACE (terres)
effet des eaux
et glaces
GRACE (océans)
Effet des
masses d’eaux
océaniques
Séparation des effets thermiques et eustatiques (masse)
Autres applications de
GRACE :
-Aplatissement de la Terre
-Rotation de la Terre
-Mouvement du pole
-Déformations crustales
Déformations de la croûte terrestre sous les charges des
enveloppes fluides surperficielles