Megha-Tropiques un programme majeur pour l'Afrique de l'Ouest

Marielle Gosset © M.G.

Le 12 octobre dernier, le satellite du programme franco-indien Megha-Tropiques était lancé par la fusée indienne PSLV depuis la base de Sriharikota en Inde. Placé sur orbite à 865 km d’altitude, avec une inclinaison à 20 °, ce satellite, qui emporte à son bord différents instruments, va permettre de fournir des données sur le cycle de l’eau atmosphérique et les échanges d’énergie dans les régions intertropicales, des données que la communauté scientifique du monde entier, impliquée dans l’étude du climat, attend avec impatience. Dans le cadre de ce programme, l’IRD met en place, avec le soutien du CNES, un super site de validation au Burkina Faso, et notamment un radar polarimétrique, en partenariat avec la Direction de la Météorologie Nationale de ce pays et l’Université de Ouagadougou. Une « première » en Afrique de l’Ouest qui pourrait conduire à terme au développement d’outils de prévision des inondations.

« Tout cela s'est décidé très rapidement. Fin 2010 nous pensions en effet que le super site de validation que nous souhaitions installer en Afrique de l’Ouest dans le cadre de la mission Megha-Tropiques serait localisé à Niamey, au Niger, où se trouvait alors notre radar polarimétrique pour une campagne de pré-validation algorithmique. Mais des problèmes de sécurité nous ont obligé à quitter ce pays », explique Marielle Gosset, hydrométéorologue de l’IRD au sein du laboratoire Géosciences Environnement Toulouse (GET) et coordinatrice de l’ensemble des aspects « validation au sol » dans le cadre de Mégha- Tropiques. C’est au printemps 2011 qu’a émergé l’idée de baser ce super site au Burkina Faso. « Nous avons donc prospecté dans ce sens et aujourd’hui, ce partenariat avec le Burkina Faso apparaît comme un modèle d’efficacité », tient-elle à souligner.

► De l’importance d’un radar météorologique en Afrique de l’Ouest

Les radars météorologiques dont fait partie le radar polarimétrique Xport de l’IRD, sont des instruments qui permettent de disposer d’une vision tridimensionnelle de ce que l’on appelle les « systèmes précipitants », c’est-à-dire des nuages et de la pluie, dans un rayon de 100 à 200 kilomètres. Depuis déjà plusieurs années, les services météorologiques des grands pays les utilisent pour effectuer un suivi en temps réel des précipitations et observer ainsi la dynamique de celles-ci. « Ces radars peuvent être utilisés également pour mesurer quantitativement une précipitation et déterminer par exemple quelle quantité d’eau s’est infiltrée dans le sol afin de connaître son devenir hydrologique », indique Marielle Gosset dont les travaux qu’elle mène en collaboration avec des chercheurs de différents pays d’Afrique de l’Ouest sur l’estimation des pluies, via l’exploitation des radars, visent à développer des applications hydrologiques.

L’autre intérêt pour les chercheurs de disposer de ces mesures collectées par les radars météorologiques est de pouvoir dresser une estimation très fine des précipitations sur une superficie d’environ 10 000 à 20 000 km², « une estimation de référence qui va permettre d’évaluer d’autres types de produits pluviométriques dont les pays d’Afrique de l’Ouest ont besoin », précise la chercheuse toulousaine. Le satellite lancé le 12 octobre dernier dans le cadre de la mission franco-indienne Mégha-Tropiques et mis en orbite à 865 km d’altitude (voir encadré), va fournir des produits pluviométriques globaux, sur toute la bande tropicale. Or, sur certains sites localisés sur cette bande, en Inde, en Australie, au Japon et au Brésil, des radars météorologiques vont permettre d’effectuer une mesure de qualité grâce à laquelle pourront être évalués les produits satellitaires de Mégha-Tropiques. « Il n’y avait pas de radar météorologique disponible pour ces études en Afrique de l’Ouest. C’est la raison pour laquelle nous avons proposé au CNES d’y envoyer notre radar polarimétrique. Si l’on excepte l’Afrique du Sud, c’est une première en Afrique d’utiliser un radar, qui plus est, innovant, pour faire de la validation de produits satellitaires », s’enthousiasme Marielle Gosset.

► La recherche en Afrique n’est pas un long fleuve tranquille

Développé par Frédéric Cazenave de l’IRD, ce radar polarimétrique Xport, qui est en fait un prototype, est exploité par deux laboratoires, le laboratoire Géosciences Environnement Toulouse (GET) et le Laboratoire d’Etude des Transferts en Hydrologie et Environnement (LTHE) de Grenoble. Utilisé durant deux ans à l’occasion d’une campagne menée dans le cadre du programme international AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), cet instrument a rejoint dès 2010 le Niger pour une durée d’un an, l’observatoire AMMA Catch (Couplage de l’Atmosphère Tropicale et du Cycle Hydrologique) ayant été sélectionné alors comme site de validation des produits pluviométriques Mégha-Tropiques pour l’Afrique de l’Ouest. Pendant sa thèse, effectuée au sein d’AMMA, Eric-Pascal Zahiri, aujourd’hui enseignant chercheur au sein du Laboratoire de Physique de l’Atmosphère et de Mécanique des Fluides (LAPA-MF) de l’Université de Cocody à Abidjan, en Côte d’Ivoire, a développé ce qu’on appelle des algorithmes qui servent à transformer la donnée brute fournie par le radar en un produit utilisable dans le domaine de la pluviométrie.

La pratique de la recherche scientifique sur le continent africain n’étant pas, loin s’en faut, un long fleuve tranquille, les chercheurs ont dû quitter Niamey fin 2010 pour des problèmes de sécurité et relever le défi, un de plus, de trouver en un temps record un autre site de validation où installer leur radar. « L’idéal aurait été de pouvoir l’installer en Côte d’Ivoire qui compte quelquesunes des équipes de recherche les plus dynamiques et compétentes d’Afrique dans ce domaine des radars météorologiques. Mais les graves problèmes que connaissaient alors le pays ne l’ont pas permis », résume la chercheuse de l’IRD. D’où l’installation du site dans le pays voisin, le Burkina Faso, plus particulièrement en raison d’antécédents positifs en termes de partenariat. Ainsi la Direction de la Météorologie Nationale a accepté d’héberger l’instrument de l’IRD et de mettre à disposition du personnel technique. Animé par Frédéric Cazenave, ingénieur IRD affecté à Ouagadougou pour la coordination du super site, et par François Zougmoré de l’Université de Ouagadougou, une équipe scientifique se fédère autour des activités de Megha-Tropiques au Burkina Faso.

Autres partenaires impliqués dans le projet, l’Institut de l’Environnement et des Recherches Agricoles (INERA) et la Fondation 2IE (Institut International d’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement), basée également dans la capitale du Burkina Faso, qui accueillera certains pluviomètres de l’IRD utilisés pour valider le radar polarimétrique. « Nous avons évoqué avec les responsables de cette fondation la possibilité à terme peut être de développer des formations, voire des séminaires, sur la télédétection appliquée à l’eau et à l’environnement, domaine que le programme d’enseignement de la Fondation ne couvre pas actuellement », souligne-t-elle. L’Agence pour la Sécurité de la Navigation Aérienne en Afrique et à Madagascar (ASECNA) aidera pour sa part à réaliser une campagne de radio-sondages afin de documenter la vapeur d’eau atmosphérique, également mesurée par Megha-Tropiques.

► Une mission qui dépasse largement le seul cadre de la recherche

C’est en janvier prochain que le radar polarimétrique de l’IRD sera mis en service et testé, la première campagne de mesures devant débuter à partir des mois d’avril et mai 2012, au début de la saison des pluies. Une seconde campagne sera réalisée l’année suivante. Eric-Pascal Zahiri, l’universitaire ivoirien, et Modeste Kacou, un jeune doctorant, également Ivoirien, dont il encadre le travail de thèse que co-dirige Marielle Gosset, ont été invités par l’IRD à participer à ces campagnes de validation Megha-Tropiques. Parallèlement, une chercheuse burkinabé, Pétronille Kafando, du Laboratoire de Physique Chimie de l’Environnement (LPCE) de l’Université de Ouagadougou, qui, après avoir fait sa thèse en France, dirige aujourd’hui une petite équipe structurée autour de l’utilisation du radar pour la surveillance de l’environnement, participe également à ce volet du programme franco- indien. « C’est d’autant plus enthousiasmant que nous participons activement à la création d’une nouvelle génération de chercheurs notamment en Côte d’Ivoire »,déclare la chercheuse de l’IRD. De jeunes chercheurs ivoiriens qui pourtant, on ne le dit pas assez, travaillent dans des conditions extrêmement difficiles du fait de l’instabilité politique de leur pays. Or malgré cela, ils restent très dynamiques, voire moteurs dans les programmes auxquels ils participent.

« L’essentiel est qu’ils s’approprient la discipline », estime Marielle Gosset, ce qui n’est pas toujours facile étant donné les conditions dans lesquelles ils travaillent le plus souvent. En France par exemple, les étudiants n’ont pas à se soucier quand ils effectuent une recherche bibliographique, les universités et les établissements publics de recherche bénéficiant d’abonnements électroniques négociés à une multitude de revues scientifiques indispensables. En revanche, l’accès à la bibliographie représente un frein pour les étudiants dans la plupart des universités des pays de l’Afrique de l’Ouest. D’où l’intérêt des mécanismes et des outils mis en place par un organisme comme l’IRD, ceux-ci permettant de faire venir en France des doctorants et de jeunes chercheurs du continent africain. « Ce qu’on appelle les bourses d’échanges de courte durée permettent à ces personnes notamment de rester connectés avec un réseau international et d’être informés ainsi des dernières avancées dans leur discipline, ce qui est indispensable ».

Marielle Gosset connaît bien les conditions dans lesquelles travaillent ses homologues en Afrique. Elle a pu les apprécier notamment dans le cadre du programme international AMMA auquel elle a participé durant 6 ans, en particulier au Bénin. « Les étudiants africains que nous recevons sont extrêmement demandeurs pour faire de la science et collaborer avec nous. Cela dit, ils ont toujours la crainte de ne pas trouver de travail dans leur pays, une fois la thèse soutenue », observe-t-elle. Ils sont d’autant plus intéressés par des programmes comme AMMA et Mégha-Tropiques qu’ils sont confrontés depuis leur plus jeune âge aux problèmes de la pluie, cette pluie dont les populations guettent fébrilement l’arrivée, l’eau qui tombe du ciel se faisant souvent attendre dans ces territoires de l’Afrique subsaharienne. Parfois même les préci pitations si désirées ne sont pas au rendez-vous, faisant alors ressurgir le spectre de la sécheresse. D’autres fois, ce sont les inondations qui frappent ces populations. Difficile alors de ne pas se sentir concerné par ces problèmes récurrents qui conduisent parfois à des catastrophes de grande ampleur.

► Beaucoup d’applications attendues

Megha-Tropiques est d’autant plus important pour les populations africaines que le satellite sur lequel repose toute la mission - même s’il est orienté sur l’étude du climat - concerne également la météorologie opérationnelle qui « assimilera » ses données en temps réel, et participe au programme Global Precipitation Measurement (GPM), une mission d’initiative nippo-américaine visant à améliorer l’étude globale des précipitations. Or mesurer les précipitations est indispensable dans le cadre d’applications comme le suivi de la sécheresse ou de la végétation, voire la prévision des inondations. « Nous essayons dès à présent de réfléchir à un outil spécifique de prévision des inondations basé sur les données Mégha-Tropiques. Aussi sommes-nous en train de mettre en place un groupe de travail constitué de scientifiques mais aussi de personnels opérationnels et de décideurs », explique Marielle Gosset. Ainsi, en Côte d’Ivoire, c’est un universitaire travaillant au ministère de l’Environnement, qui participe à ce groupe de travail alors qu’au Bénin, c’est un représentant de la Direction Générale de l’Eau, autrement dit des personnes situées en aval qui se préoccupent davantage du risque lié à la pluie. Plus généralement, une communauté scientifique émerge progressivement autour du risque hydrométéorologique, communauté qui regroupe en particulier beaucoup de représentants de l’Inde, du Brésil et de différents pays d’Afrique de l’Ouest.■

Mieux connaître le cycle de l'eau dans les tropiques

copyright CNES

Telle est la mission du programme Megha-Tropiques, fruit d’une coopération, la première du genre, entre la France et l’Inde. Pièce maîtresse de cette mission, son satellite, placé sur une orbite à 865 kilomètres d’altitude, avec une inclinaison de 20 ° sur l’équateur, une originalité grâce à laquelle il revisite fréquemment les régions tropicales, avec un nombre de passages pouvant aller jusqu’à 6 par jour. A son bord, 4 instruments, parmi lesquels des instruments micro-ondes, dont la combinaison, qui constitue une autre originalité de cette mission, va permettre non seulement d’ausculter les nuages mais de les traverser. Principal instrument de cette mission, MADRAS, un radiomètre micro-ondes à balayage conique, fruit d’une coopération franco-indienne, qui va permettre aux chercheurs de disposer de mesures des précipitations au sol et de profils verticaux de ces précipitations, mais également de données concernant l’eau condensée dans les nuages sous la forme de liquide et de glace et le contenu intégré de vapeur d’eau. De son côté, SAPHIR, un sondeur micro©©-ondes à balayage transverse, a pour mission de mesurer, en condition nuageuse comme en ciel clair, le profil de la vapeur d’eau dans l’atmosphère de 0 à 12 kilomètres d’altitude. Grâce à SCARAB, un radiomètre à balayage transverse et à large bande, visible infrarouge, les chercheurs pourront disposer de mesures des flux radiatifs qui sortent au sommet de l’atmosphère, à la fois dans les ondes longues et courtes. Enfin, le dernier instrument à bord, le GPS-ROS, qui est un récepteur de radio-occultation, servira à mesurer les profils de température et de vapeur d’eau dans l’atmosphère.

Le radar polarimétrique XPort

© IRD/Cazenave, Frédéric

Entièrement conçu et développé par l’IRD, le radar polarimétrique XPort installé au Burkina Faso est un instrument météorologique qui fonctionne en bande X (longueur d’onde de 3 cm). Utilisant des technologies de diversité de polarisation, qui consistent à envoyer simultanément des ondes électromagnétiques horizontales et verticales pour estimer la forme et la taille des gouttes de pluie, et de réception cohérente qui permet d’analyser la manière dont ces deux types d’ondes se propagent à travers la pluie, XPort améliore significativement l’estimation quantitative des pluies sur toute la zone qu’il couvre. D’où l’obtention d’une imagerie haute résolution grâce à laquelle les chercheurs peuvent observer plus finement la structure des champs de pluie et en analyser la variabilité spatiale et temporelle.