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La géodésie spatiale en soutien à la gestion de l’eau souterraine au Mexique Central / Space geodesy to support groundwater management in Central Mexico.

Castellazzi, Pascal (2017). La géodésie spatiale en soutien à la gestion de l’eau souterraine au Mexique Central / Space geodesy to support groundwater management in Central Mexico. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 166 p.

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Résumé

Les populations établies sur les zones arides du monde dépendent largement des eaux souterraines pour assurer leurs besoins vitaux en eau, leur production alimentaire, et leur développement économique et humain. Ainsi, les ressources en eaux souterraines sont d’une importance cruciale et ont bien souvent une place importante dans les politiques internes de ces régions. De plus, ces ressources sont souvent partagées entre différents pays ou nations, ayant des manières différentes de les considérer, et plus spécifiquement, de les gérer. Dès lors, il est important de développer des outils permettant d’évaluer la pérennité des stocks en eau souterraine de manière fiable, apolitique, et au-delà de toute frontière. A travers l’étude d’une région particulièrement préoccupée par cette question, le Mexique Central, cette thèse propose d’évaluer l’utilisation de la géodésie spatiale comme outil de gestion des stocks d’eau souterraine. Durant la décennie 2000-2010, deux techniques permettant de suivre les variations des stocks d’eau souterraine depuis l’espace ont été développées: l’interférométrie radar, et la gravimétrie par satellite. L’interférométrie radar, ou InSAR, permet de suivre les mouvements du sol avec une précision suffisante pour détecter les effets induits par les changements de pression hydrostatique dans les aquifères. La gravimétrie par satellite, utilisant les données de la mission GRACE, permet pour sa part de suivre les changements du champ gravitationnel dans le temps induits par les variations des masses d’eau. Ces deux techniques ont des limitations majeures ne permettant pas de les utiliser individuellement et directement comme outils de gestion des stocks d’eau souterraine. Par contre, la thèse développe des applications de ces deux techniques, les comparent, et présente une méthodologie qui les combinent en perspective d’une utilisation opérationnelle pour la gestion de l’eau. La zone d’étude est localisée au Mexique Central et s’étend sur environ 200 000 km², de la ville de Mexico dans le Sud, aux environs de Zacatecas dans le Nord. Dans cette région, la surexploitation des aquifères engendre une subsidence de l’ordre de 5 à 15 cm/an affectant de manière importante l’intégrité des infrastructures urbaines. Certaines zones agricoles dépendantes de l’irrigation et situées à la périphérie des villes principales contribuent également à la surexploitation. Malgré les déficits locaux en eau, la perte de masse liée est la surexploitation des aquifères est faible, suggérant que l’eau pompée reste en partie présente dans les systèmes hydrologiques régionaux. Les résultats suggèrent également qu’une meilleure compréhension de la détection des changements de masses est nécessaire afin de pouvoir en faire un outil de gestion.

Abstract

Human settlements located in arid areas of the World are largely dependent on groundwater resources to sustain their vital needs, their food production, and their economic and human development. In such places, groundwater resources are of great importance, and have often a central place within the internal politics. In addition, these resources are often shared between different cities, countries, or nations using different management practices. In such context, it is of major importance to develop tools allowing groundwater storage monitoring which are effective, apolitical, and applicable beyond boundaries. Through the study of a region particularly affected by these preoccupations, Central Mexico, this thesis explores the contribution of space geodesy toward this objective. From 2000 to 2010, two techniques allowing groundwater storage change monitoring from space were developed: radar interferometry, and satellite gravimetry. Radar interferometry, or InSAR, allows monitoring ground level changes related to hydrostatic pressure changes within aquifers. Satellite gravimetry relying on data from the GRACE mission allows monitoring temporal changes of the gravity field linked to groundwater mass changes. These two techniques have major limitations preventing them from being used directly as water management tools. This thesis illustrates the applicability of the techniques, presents a comparison of the observations from the two techniques, and presents a methodology for combining them in the perspective of an operational use for groundwater management. The study area is localised in Central Mexico and extends over around 200 000 km², from Mexico City to the South, to the Zacatecas area to the North. In this region, groundwater overexploitation causes subsidence rates generally ranging from 5 to 15 cm/yr and affecting significantly urban infrastructure integrity. Several agricultural areas depending on irrigation are surrounding some of the main cities, which also contribute to groundwater overexploitation. Despite these important regional deficits, the large-scale groundwater mass loss is low, suggesting that the extracted groundwater remains within the hydrologic systems. Results also suggest that a better understanding of groundwater mass changes is necessary in the perspective of developing the needed groundwater management tools.

Resumen

Las poblaciones que se asienta en zonas áridas son dependientes en gran medida del agua subterránea para satisfacer sus necesidades vitales, la producción alimentaria, así como para el desarrollo económico y humano. De este modo, los recursos hídricos son de importancia crucial y juegan un rol crucial en las políticas internas de estas regiones. Además, estos recursos son a menudo compartidos entre diferentes países, que, asimismo, tienen diferentes maneras de considerarla y de administrarla. En tal sentido, es de importancia crucial desarrollar herramientas que permitan evaluar la sustentabilidad de las aguas subterráneas de manera fiable, apolítica, así como más allá de las fronteras. A través del estudio de un área particularmente afectada por esta compleja problemática ambiental, la región central de México, esta tesis extiende las aportaciones de la geodesia espacial con el fin de aportar elementos que sustenten respuestas a esta problemática. Durante la década 2000-2010, dos técnicas han sido desarrolladas con base a la información satelital, que permiten seguir las variaciones del almacenamiento de agua subterránea: la interferometría radar y la gravimetría. La interferometría radar, o InSAR, permite seguir la consolidación diferencial del terreno con una precisión suficiente para detectar los efectos inducidos por los cambios de la presión hidrostática en un acuífero. La gravimetría satelital, con base a los datos de los satélites GRACE, permite seguir los cambios temporales del campo gravitacional inducido por las variaciones de las masas de agua. Estas técnicas tienen limitaciones mayores que no permiten ser utilizadas directamente como herramientas de gestión del almacenamiento del agua subterránea. Esta tesis ilustra las aplicaciones de ambas técnicas, su comparación, sus límites, así como presenta una metodología para un uso combinado con el fin de una utilización operacional para la gestión sustentable del agua. La zona estudiada está localizada en la región central de México y se extiende sobre aproximadamente 200 000 km², desde la ciudad de México al sur hasta el extremo del Estado del Zacatecas al norte. En esta región, la sobreexplotación de los acuíferos engendra una consolidación diferencial del terreno que fluctúa entra 5 y 15 cm/año, que afecta la integridad de la infraestructura urbana. Algunas zonas agrícolas dependientes de la irrigación, situadas en la periferia de las principales ciudades, también contribuyen a la sobreexplotación. A pesar del déficit localizado, la pérdida de masa relacionada a la sobreexplotación de los acuíferos es reducida, sugiriendo que el agua extraída por bombeo resta en parte en los sistemas hidrológicos regionales. Los resultados también sugieren que una mejor comprensión de la detección de los cambios de masa por gravimetría es necesaria para poder convertirse en una herramienta de gestión.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Martel, Richard
Co-directeurs de mémoire/thèse: Rivera, Alfonso; Garfias, Jaime
Mots-clés libres: géodésie spatiale; capteurs orbitaux; ressources en eau souterraine; gestion durable; subsidence; Mexique Central
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 27 nov. 2017 21:23
Dernière modification: 27 nov. 2017 21:23
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/6520

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