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Université Toulouse 3 Paul Sabatier (2020)

Apport potentiel des mesures de pluie par liens micro-ondes commerciaux pour l’hydrologie urbaine en Afrique

Turko, Maxime

Titre : Apport potentiel des mesures de pluie par liens micro-ondes commerciaux pour l’hydrologie urbaine en Afrique

Potential interest of Rainfall estimation from Commercial Microwave Links for urban hydrology in Africa

Auteur : Turko, Maxime

Etablissement de soutenance : Université Toulouse 3 Paul Sabatier

Grade : Doctorat : Surfaces et interfaces continentales, Hydrologie : Toulouse 3 : 2020

Résumé
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. [...]

Mots Clés : Hydrométéorologie — Mesure — Afrique Dispositifs à microondes Inondations — Prévision — Afrique Pluies Inondations Afrique Liens microondes Simulation

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Page publiée le 25 octobre 2021