ArgoHydro
Le projet ArgoHydro
8 à 18 ans
classe
ArgoHydro, troisième volet du programme Argonautica, propose de s’intéresser aux conséquences des variations environnementales et climatiques sur le cycle de l’eau, en mettant à contribution les données issues du domaine spatial. Il s’agit d’étudier les lacs et cours d'eau, afin de veiller à la protection et la préservation des ressources naturelles.
Ce projet éducatif permet aux élèves de faire des mesures sur les eaux de surface, à proximité de leur établissement, et de les corréler à des données spatiales. Argohydro s’inscrit donc dans une démarche de maîtrise des risques en visant à :
- Évaluer le risque d'inondation, de sècheresse (suivi des variations de niveau de l'eau)
- Mesurer la qualité des eaux continentales (température de l'eau, pH, transparence, oxygène dissous, teneur en nitrate...)
- Se rendre compte de l'impact de l'environnement sur les milieux aquatiques (pollution plastique, concentration en pesticides)
Argohydro s’inscrit dans le cadre de la mission satellite SWOT - Surface Water Ocean Topography, dont le lancement est prévu en 2021 dans le cadre d’un partenariat comprenant la NASA et le CNES. Les climatologues et océanographes pourront obtenir des mesures plus fines des réservoirs d’eaux continentales, fleuves, lacs et rivières. Le satellite, seul capable de cartographier l’ensemble de l’eau sur Terre, permettra d'évaluer les évolutions du stockage de ces eaux, et de mesurer le débit des fleuves et rivières.
Ressources
Mesures in-situ
1. Protocoles GLOBE
Le programme GLOBE - Global Learning and Observations to Benefit the Environment est un programme scientifique et éducatif international qui offre aux étudiants du monde entier, la possibilité de participer à la collecte de données et de contribuer à la compréhension du système terrestre et environnement global.
Via le site internet https://www.globe.gov/ les élèves et enseignants, ont accès à des protocoles de mesures in situ sur :
- La qualité de l'eau des lacs, rivières, fleuves : protocoles de mesure de la température de l’eau, pH, transparence, oxygène dissous, conductivité électrique, salinité, alcalinité, nitrate présent, macro invertébrés présents dans l’eau et invertébrés marins présents dans l’eau.
- Les précipitations : mesures des précipitations, pH des précipitations
- L’humidité des sols
Les données récoltées peuvent ensuite être ajoutées à la base de données GLOBE, disponible sur leur site internet.
Les élèves peuvent ainsi observer les différences entre leurs mesures et celles réalisées à d’autres endroits du monde. Ils peuvent découvrir des régions et leur climat, et mieux comprendre les enjeux liés aux variations de l’environnement et du climat sur le cycle de l’eau.
Grâce à l’étude de l’hydrologie, les scientifiques pourront mieux comprendre le cycle de l’eau et son évolution. À long terme, il s'agira de mieux prévenir des évènements extrêmes (inondation, sécheresse) et gérer les réserves d’eau potable sur la planète.
Satellite Global Precipitation Measurement (GPM)
2. Carte embarquée MANGO 2
Argohydro prête une carte électronique MANGO 2, développée par la société Tenum. Les élèves, aidés de leurs enseignants, réalisent la conception de capteurs pour tenter de répondre à des problématiques environnementales. En général, les élèves construisent leurs propres capteurs qu’ils intègrent ou non dans une bouée. La carte MANGO 2 permet alors d'acquérir des tensions issues des capteurs, de les enregistrer, de les géolocaliser et de les transmettre.
De plus, Argohydro peut proposer un outil d'auto-formation à la carte MANGO 2. Il s'agit d'une malle, également développée par Tenum, qui permet d'apprendre à utiliser la carte électronique. Cette malle est un kit complet et clé en main qui comprend :
- Une carte embarquée MANGO 2
- Une antenne GSM
- Une antenne Radio
- Un ordinateur muni du logiciel Kikiwi. Il permet le suivi et le pilotage des missions. Il affiche les données reçues et permet une lecture immédiate des résultats.
- Une batterie pour l’alimentation
- Des capteurs
- Une clé station : C’est un outil de mise au point des expériences. Elle est utilisée en atelier pour valider la chaine complète de mesure.
Malle MANGO 2
Carte embarquée MANGO 2
3. Argotechno - Construire sa bouée / ses capteurs
Argotechno propose aux classes de concevoir, construire et expérimenter en situation réelle leurs capteurs et/ou leur bouée expérimetale dans le cadre des projets Argocéan (étude de l'océan) ou Argohydro (étude des eaux continentales).
4. Station de mesure hydrologique
Argohydro peut également prêter une station de mesure hydrologique développée par la société BRL Ingénierie. Elle permet d'acquérir les paramètres suivants:
- Variation de hauteur d'eau
- Température
- Humidité
- Pression
Cette station fonctionne sur le principe des ultrasons. Un système d'accroche a été mis en place pour installer la station sous un pont plusieurs jours. Il permet également d'installer la station au-dessus d'un plan d'eau en l'éloignant du pont pour ne pas perturber le capteur.
La station fait des mesures toutes les 15 minutes. Les données sont envoyées vers un serveur grâce à une antenne radio. Les données sont ensuite consultables et téléchargeables sur le site internet : https://grafana.creatronic.fr.
Station de mesure hydrologique
Données satellites
Les données peuvent être présentées sous différentes formes telles que des images ou des graphes permettant des corrélations de mesures. Plusieurs plateformes mettent à disposition gratuitement des données satellites. Il y a :
Hydroweb : Il s’agit d’une base de données de suivi hydrométrique des fleuves et des lacs. Cette plateforme résulte de la coopération entre le CNES, le LEGOS et Theia. Elle permet de visualiser des séries temporelles de variation de hauteurs d’eau obtenues grâce aux données issues des satellites altimétriques (Sentinel 3A, Jason 2, Jason 3, Envisat).Rendez-vous sur la page : http://hydroweb.theia-land.fr/
tutoriel_hydroweb.pdf (pdf - 2.42 Mo)
EO Browser : Il s’agit d’un navigateur qui permet d’accéder aux archives des images satellites acquises par Sentinel-1, Sentinel-2, Sentinel-3, Sentinel-5P, les archives de Landsat 5, 7 et 8 de l’ESA.Rendez-vous sur la page : https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/
Le CNES travaille en collaboration avec les scientifiques afin de développer de nouvelles sources de données satellites utiles et facile d'utilisation.
Exemple de cas d'étude
Turbidité de l'eau du littoral à Kourou - Guyane
D’une manière générale, l’eau de mer dans la région de Kourou n’est pas translucide ; le plus souvent, elle est de couleur marron et trouble : on dit que l’eau est turbide. Il existe plusieurs manières d’évaluer la turbidité d’une eau. L’une d’elle est l’observation des eaux par satellites.
Pourquoi l’eau est-elle marron ? Est-ce parce qu’elle est sale ? Quels sont les facteurs influençant la couleur de l’eau du littoral ?
Séquence pédagogique
Enquêtons sur Simon le Saumon
L’atelier nommé « Enquêtons sur Simon le saumon » propose aux élèves de se glisser dans la peau de détectives. Le scénario est le suivant :
L’agence de l’eau Adour Garonne a signalé une grande quantité de poissons retrouvés morts dans l’estuaire de la Gironde. Elle ne sait ni où sont morts les poissons, ni comment, ni pourquoi. Un biologiste identifie les poissons morts qui sont notamment des saumons de l'Atlantique. Adour Garonne a donc missionné des scientifiques pour analyser la qualité des eaux à 4 endroits sur le fleuve : en haut de la montagne (1), à côté d’une station d’épuration (2), près d’une zone d’épandage (3) et à l’embouchure du fleuve (4).
Plusieurs paramètres sont à étudier : la température, le pH, la concentration en nitrates/nitrites et la salinité.
Les scientifiques font appel aux élèves pour analyser les différents échantillons d’eau prélevés et trouver l’origine de la mort des saumons. Par groupe, les élèves ont 4 échantillons d’eau à analyser, en testant à chaque fois les 4 paramètres (température, le pH, la concentration en nitrates/nitrites et la salinité). Une fiche d’enquête permet de noter leurs résultats. Ils ont également à leur disposition plusieurs fiches ressources pour les aider dans les manipulations et les accompagner dans leur réflexion.
espece_de_saumon_.pdf (pdf - 466.21 Ko)
potentiel_hydrogene.pdf (pdf - 177.63 Ko)
feuille_denquete.pdf (pdf - 463.96 Ko)
tableau_mise_en_commun_des_resultats.pdf (pdf - 397.23 Ko)
Exemples de projets de classes
Cycle de l'eau perturbé, conséquences et surveillances en Cévennes - Collège Jean Moulin (Alès)
Les élèves ont travaillé sur le thème des innondations, une problématique qui touche régulièrement la ville d'Alès.
L’échappée de Naïades - Collège Élise deroche (Le Pian sur Garonne)
Les élèves ont construit une bouée permettant de mesurer divers paramètres physiques de la Garonne. Par le biais de nouvelles technologies, la bouée permet de mieux découvrir le fleuve la Garonne, ainsi que la biodiversité d’elle abrite.
Site internet crée par les élèves de l'atelier : https://atelierscientifique-e-deroche.webnode.fr/
Regard haut sur la Garonne - Collège Paul Esquinance (La Réole)
Le réchauffement climatique a et aura des incidences sur les fleuves comme la Garonne (inondations, sécheresse, etc.), les élèves de l'atelier scientifique du collège ont donc choisi d'étudier la Garonne : la pollution, la turbidité, la vitesse du courant et la hauteur. Ils ont mis en place de nombreuses expériences qu'ils tenteront de partager lors des rencontres Argonautica.
Par ailleurs, le collège a la chance d'être très proche de l'endroit où passe le satellite altimétrique Jason III que les scientifiques essayent d'utiliser pour mesurer la hauteur de la Garonne et nous commençons à rassembler des informations à ce sujet en venant à Montpellier.
Coup de chaud sur le cycle de l'eau - Collège Jules Vallès (Portet sur Garonne)
Dans ce projet, les élèves ont pratiqué une démarche scientifique afin de comprendre les phénomènes météorologiques liés à la formation des épisodes méditerranéens. Aidé de leurs enseignants, ils ont également développé un capteur de niveau d'eau qui est équipé d'un module GSM pour envoyer des SMS d'alertes.
ClotILDE une bouée connectée - Lycée Renouvier (Prades)
La réserve Naturelle de Nohèdes souhaite établir un suivi des paramètres physico-chimiques sur les lacs de montagne afin d’évaluer les effets du changement climatique et des impacts humains (notamment l’élevage).
Pour cela il faudrait faire des relevés en continu, exploitables à distance.
Les élèves ont créé un système communicant, permettant de relever automatiquement des paramètres physico-chimiques (température, pH, taux de nitrate). Le prototype sera installé sur le lac de Montagne du Clot.
CLASH - Lycée Charles de Gaulle (Muret)
CLASH entre dans le cadre de la mission spatiale franco-américaine SWOT. Cette mission est dédiée à la mesure de la hauteur d’eau sur l’ensemble du globe (mers, océans et eaux douces). Stéphane Calmant, directeur de recherche au LEGOS, est mandaté par le CNES pour conduire la calibration/ validation au sol de ce projet.
En partenariat avec l’atelier scientifique du lycée, CLASH a permis à une cohorte de lycéens de développer des capteurs-enregistreurs. Ceux-ci ont été placés sur le Maroni (Guyane française) en novembre 2018. Dans le cadre d’une campagne de mesure qui se déroulera en juillet 2019, les élèves auront l’occasion de récupérer les données acquises et de participer à la mission de Stéphane Calmant tout en testant de nouveaux capteurs créés depuis.
fiche_projet_-_lycee_charles_de_gaulle.pdf (pdf - 675.67 Ko)
Rencontres Argonautica
En fin d'année scolaire, les classes participant au projet Argonautica se rassemblent à l'initiative du CNES.
Ces rencontres permettent de rassembler jeunes, enseignants, chercheurs et professionnels de l'espace et de la mer dans la bonne humeur et la convivialité. Au programme : présentation des projets par les classes, visite de l'aquarium , rencontres avec les scientifiques, ateliers et autres évènements !
Pour en savoir plus sur les Rencontres Argonautica à venir, rendez-vous sur la page dédiée !
Voir aussi
- Vidéo "Le satellite SWOT et l'hydrologie spatiale"
- Site internet The GLOBE Program