Défi 3 : Mieux connaître les aires d’alimentation de captages pour améliorer la protection de la ressource en eau

Eau de Paris cherche à explorer l’intérêt pour la protection de la ressource en eau de l’utilisation des données satellitaires (Sentinel). Celles-ci pourraient permettre de connaître de façon plus systématique et automatisée l’occupation des sols, leur vulnérabilité aux transferts de polluants ainsi que les pratiques agricoles sur les aires d’alimentation de captages. L’utilisation de ces données pourrait permettre à Eau de Paris de mieux prioriser les actions agricoles et de réduction des transferts à risque pour la protection de la ressource, et de mettre en relation les pratiques agricoles avec la qualité de l’eau.

Dans le cadre de ses missions de production et distribution d’une eau potable de qualité, Eau de Paris porte une stratégie de protection de la ressource en eau ciblée en particulier sur les aires d’alimentation de ses captages (AAC) d’eau souterraine. Situés en milieu rural, ceux-ci sont influencés par les activités humaines en surface, au premier rang desquelles se trouve l’agriculture. De nombreuses zones des AAC se trouvent par ailleurs en contexte hydrogéologique très vulnérable aux transferts de polluants depuis la surface jusqu’à la ressource en eau souterraine (karst).

Afin de limiter l’impact des nitrates et des pesticides sur la ressource en eau, Eau de Paris déploie depuis plus de 30 ans des actions agricoles visant à installer des pratiques plus durables et plus économes en produits de traitement des cultures et en fertilisants : accompagnement technique, achat de terres, aides financières, etc. En 2020, Eau de Paris mettra en œuvre un nouveau régime très ambitieux d’aides aux agriculteurs pour la qualité de l’eau.

La connaissance des pratiques agricoles et de la situation hydrogéologique sur les aires d’alimentation des captages, d’une surface très étendue (environ 240 000 ha au total), est nécessaire pour orienter et cibler les actions. Actuellement, l’équipe du Service Protection de la ressource et Biodiversité récupère principalement ces données via des tournées de terrain (études hydrogéologiques, visites aux agriculteurs, etc.) : un travail lacunaire et chronophage.

Dans ce contexte, Eau de Paris est à la recherche d’innovations pour faciliter la récupération et l’interprétation des données sur les pratiques agricoles et l’hydrogéologie (cultures, couverts d’intercultures, éléments du paysage, réseaux de draînage, points de transferts de polluants, etc.) pour mieux identifier les pratiques à risques et prioriser les actions agricoles.

Des données satellitaires sont déjà disponibles gratuitement, en particulier grâce aux satellites Sentinel du programme européen Copernicus. Ce programme a été développé dans le but de fournir, à une fréquence élevée (12 images par mois environ), des données d’imagerie optique multispectrales (spectre visible à infrarouge) et d’imagerie radar. L’interprétation de ces données peut permettre de détecter la couverture et l’occupation des sols, la nature de la végétation, le relief, la composition et l’humidité des surfaces, etc.

Dans les domaines agricole ou environnemental, ces données satellitaires permettent d’ores et déjà de qualifier certaines cultures en fonction de caractéristiques comme la biomasse, l’état de croissance ou la teneur en azote, ou encore de détecter les zones humides à l’aide d’indices de végétation ou d’hydromorphologie, etc… L’assimilation de ces données par des modèles agronomiques sur la base des données culturales et météorologiques des parcelles étudiées, reste dépendante de données d’entrée (comme la nature de la culture étudiée) non disponibles pour Eau de Paris et que la régie souhaiterait justement connaître, et demeure ciblée. D’une manière générale, la difficulté de l’utilisation des données satellites réside dans la complexité d’établir un diagnostic fin des caractéristiques multiples du sol et de la végétation, de manière automatisée et sur de vastes emprises spatiales.

L’objectif de ce défi est d’explorer les possibilités d’exploitation des données satellitaires en vue d’une interprétation permettant, en disposant d’informations de référence limitées, d’obtenir une connaissance plurielle détaillée, automatisée et à grand échelon, correspondant à l’ensemble des besoins exprimés ci-dessus et détaillés ci-après. La réponse apportée doit proposer une application d’interprétation des données satellitaires ciblée sur la protection de la ressource en eau et ses différents enjeux.

La connaissance fine des parcelles agricoles, des cultures et des particularités hydrogéologiques du territoire est nécessaire à Eau de Paris pour comprendre leur impact sur la qualité de l’eau. Savoir quelles cultures sont présentes sur une exploitation facilite par exemple la compréhension du système agronomique mis en place, des produits phytosanitaires ou des engrais azotés utilisés. Si l’on y ajoute des éléments d’hydrologie, on comprend mieux les dynamiques de ruissellement et d’infiltration des nitrates et des pesticides vers la ressource en eau.

• Il y a plusieurs niveaux d’analyse thématiques au sein du projet : diagnostic via imagerie satellitaire de l’occupation du sol, des pratiques agricoles (cultures, utilisation d’intrants, de couverts d’interculture, etc.), si possible des réseaux de drainage sous-parcellaires, des éléments d’hydrogéologie, d’hydromorphie (zone régulièrement saturée en eau l’hiver notamment) etc.
• Il y a ensuite plusieurs niveaux d’analyse au sein des thématiques, par exemple pour les pratiques agricoles : présence d’une culture / sol nu ; différenciation des cultures présentes ; temporalité du couvert, et si possible densité du couvert, etc.
• Il est important de s’assurer de la facilité de visualisation des données et de leur analyse, ainsi que de leur récupération pour incrémentation dans un outil informatique existant le cas échéant (voir « atouts de la solution à détailler plus précisément »)
• Les cultures peuvent varier sur une même parcelle agricole au cours d’une année: il est nécessaire de toutes les détecter
• Certaines cultures ne peuvent être différenciées sur vue aérienne en vraies couleurs (coloris similaires)
• La solution doit bien sûr être adaptée à l’exploitation des données satellitaires Sentinel.

La solution sera évaluée principalement sur le niveau de qualification et d’analyse, ainsi que de pérennisation et/ou de réflexion sur l’automatisation apportées vis-à-vis de l’enjeu protection de l’eau grâce à l’intelligence embarquée : y a-t-il une culture ? Si oui, quelle est-t-elle ? Quel niveau de maturité, quelle période de semis, évolution au cours du temps, quelle est la conduite de la culture au cours du temps, etc… (idem pour les autres niveaux d’analyse thématiques).

• Identification puis analyse de la couverture des sols : présence d’un sol nu, d’un couvert végétal, évolution au cours de l’année. Le suivi de l’évolution de la couverture du sol au cours du temps est important pour connaître le type de culture cultivée (annuelle de printemps ou d’hiver, pluriannuelle, etc.), ce qui donne des indications sur la conduite agronomique de l’exploitation, ainsi que la couverture du sol en période d’interculture. L’objectif serait d’exploiter la fréquence des images Sentinel (a priori actualisées 11 à 12 fois par mois) afin de réaliser un suivi de l’évolution des parcelles au cours du temps (également important pour détecter la nature des rotations culturales.) ;
• Identification puis qualification précise des cultures présentes sur chaque parcelle agricole : date d’implantation (cf. paragraphe précédent), espèce cultivée, densité ;
• Identification des réseaux de drainage agricole si possible ;
• Identification des zones tampons et éléments paysagers susceptibles d’influencer les transferts de polluants par ruissellement et infiltration si possible : bandes enherbées bordant les cours d’eau, bandes enherbées intra-parcellaires, haies, ripisylve, fossés, talus, etc ;
• Identification et analyse des éléments hydrologiques/hydrogéologiques importants pour la protection de la ressource si possible: écoulements dans les cours d’eau temporaires en fonction des périodes de l’année et de l’année concernée, ou plus généralement tout écoulement de surface. Identification des zones de transferts rapides via ruissellement et infiltration directe lorsque cela est possible (localisation de gouffres/bétoires, lits infiltrants, etc.) ;
• Qualification du niveau de fertilisation des différentes cultures, voire de l’utilisation de produits phytosanitaires si possible ;
• Récupération et exploitation avec facilité et fiabilité des données (qualité et stockage des informations, réutilisation dans un outil cartographique d’Eau de Paris, etc.). Il est attendu une solution permettant de visualiser de manière efficace, claire et intuitive les données et leur interprétation, soit sur une application dédiée soit via l’intégration de flux dans des outils informatiques existants (dont ceux d’Eau de Paris), la solution la plus pertinente étant laissée à l’appréciation du candidat. La solution proposée sera également évaluée à la lumière de ce critère d’opérationnalité ;
• Sécurité et performance : démontrer la facilité de mise en œuvre et l’efficacité d’exploitation de la solution (aisance de maniement du dispositif et facilité d’appropriation de l’outil par les équipes, temps d’installation, etc.).