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Formalisation des processus hydrologiques en zone périurbaine Lucie CLAVEL

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ISTOM / CIRAD 2003 92

« avals » (ou qu’il stocke si c’est un réservoir). Il existe quatre types de nœuds dans Modsim, chacun d’eux possède différentes propriétés et fonctions.

Nœud d’importation : Ce type de nœud représente une entrée dans le système, c’est à

dire qu’il contient les chroniques de débits calculés en amont du système. Ces nœuds ne reçoivent pas de débits d’arcs amont, ils sont seulement capable de transmettre les valeurs de la chronique de débit à d’autres nœuds par l’intermédiaire de l’unique arc qu’ils connaissent.

Nœud de passage : C’est le point singulier typique dont on doit pouvoir connaître les

caractéristique à chaque pas de temps. Dans le modèle de l’Alto Tietê Cabeceiras, il représente systématiquement une entrée ou une sortie d’eau imposée par l’homme au réseau hydrographique.

Nœud de demande : Ce type de nœud permet d’imposer le débit qui transite par lui

même. Il prélèvera ce débit dans le réseau par l’intermédiaire d’un arc qui sera relié à un nœud de passage ou un nœud réservoir. Ce débits correspond à une demande émanant des différents utilisateurs de l’eau de la zone étudiée. Il est délivré au mieux en fonction des disponibilités en eau du système et des priorités définies par l’utilisateur (priorités de gestion du système, nous rappelons qu’on est dans un modèle d’allocation de la ressource).

Nœud Réservoir : Un nœud réservoir précède systématiquement un nœud demande (par

un arc). Ce nœud demande permet d’imposer un débit à la sortie de ce nœud réservoir, qui correspond au débit imposé par les gestionnaires de ce réservoir. Ce type de nœud connaît un volume d’eau en réserve et sera donc capable d’établir une égalité entre les débits qui lui sont délivrés en amont (par des arcs ou des chroniques) et celui qu’il transmet en aval en considérant un stockage ou un déstockage.


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Annexe 4 : Le MODSIM-P32

1. fonctionnement général

Le modèle fonctionne au pas de temps un mois. Il s’appuie sur une chronique de débits de 65 ans, reconstituée à partir des données du gouvernement ?? en fonction (i) des surface de drainage (ii)(iii)…

Il permet d’effectuer deux types de simulation sur les systèmes définis par l’utilisateur.Celui-ci peut modifier le système producteur de l’Alto Tietê Cabeceiras (AT+RC) en fonction de ses intentions.

Simulation continue A partir de l’état initial du système, la simulation du comportement des différentes

infrastructures de celui-ci est effectuée sur le nombre d’années (NT) de la chronique de débit existante. La simulation s’effectue de la manière suivante :

la première année, le modèle utilise les volumes initiaux des réservoirs fourni par l’utilisateur (ou la configuration AT) afin de faire les calculs de débits jusqu’à la fin de l’année.

La seconde année, le modèle utilise les volumes initiaux des réservoirs sont les volumes finaux de l’année précédente. Les données de débits sont celle de l’année suivante sur la chronique.

Ce processus est réitéré jusqu’à l’année NT. Les résultats de simulation sont disponibles de forme continue de la première à la

dernière année de simulation pour chacun des éléments représentés par le système. Planejamento tatico Ce type de simulation est utile pour étudier le comportement du système sur de courtes

durées appelées horizons de simulation (dont le nombre d’années est NH). La durée étudiée est définie par l’utilisateur. Le modèle permet de réaliser autant de simulations de cette durée que d’années de débits définies dans la chronique. La simulation est effectuée de manière suivante :

A partir des volumes initiaux fournis par l’utilisateur, le modèle effectue la même démarche que dans le cas de la simulation continue sur NH années.

Il recommence les mêmes calculs avec les mêmes volumes initiaux. Seulement, il commence la simulation à partir de la deuxième année de la chronique.

Il réitère cette manœuvre tant qu’il reste suffisamment d’années dans la chronique pour pouvoir simuler sur le nombre d’années définies dans l’horizon de simulation. C’est à dire qu’il effectue ces calculs jusqu’à l’année NT-NH+1.

Les résultats obtenus pour chaque élément du système sont des valeurs statistiques pour tous les mois de l’horizon de simulation.

les nœuds utilisés

Un nœud est connecté à un ou plusieurs arcs qui seront placés en amont ou en aval de celui-ci. A chaque pas de temps, un nœud est capable d’effectuer une égalité entre les entrées d’eau que lui transmettent ses arcs « monts » et les sorties d’eau qu’il transmet à ses arcs

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Annexe 3 : Points de collecte

Commune Point de collecte periode de donnees(1) operateur d/nd(2) Salesópolis E2-004 31-69 DAEE d E2-015 57-75 DAEE d E2-019 40-69 DAEE d E2-054 46- DAEE d E2-100 60- DAEE d E2-112 67- DAEE d E2-131 70- DAEE d E2-140 75- DAEE d Biritiba Mirim E2-053 29-71 DAEE d E2-110 62- DAEE d E3-231 71- DAEE d E3-232 DAEE d Mogi das Cruzes E3-032 37- DAEE d E3-092 43-57 DAEE d E3-093 43-54 DAEE d E3097 61- DAEE d E3-103 64-77 DAEE d E3-105 61-71 DAEE d E3-112 65-71 DAEE d E3-133 45-58 DAEE d E3-223 69- DAEE d E3-234 71- DAEE d P-32 97- SABESP nd P-33 97- SABESP nd P34 97- SABESP nd Guarulhos E3-001 36-69 DAEE d E3-002 39- DAEE d E3-083 40-75 DAEE d E3-152 51-71 DAEE d Itaquaquecetuba E3-091 43- DAEE d Suzano E3-245 72- DAEE d E3-224 69-94 DAEE d E3-260 84- DAEE d

(1) Les périodes de données indiquent les dates de la première et de la dernière mesure, rien ne prouve que les séries sont complètes. Quand la deuxième date n'apparaît pas c'est que le point de collecte fonctionne encore. (2) d : données disponibles ; nd : non disponibles


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Annexe 2 : occupation des sols dans le sous bassin de l'Alto Tietê Cabeceiras


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L’expérience a montré qu’il manquait à cette politique des instruments de contrôle du prix du terrain (A.C. Moreira). L’urbanisation galopante et le manque de terres se sont vite faits sentir. La restriction des activités en APM a dévalorisé le prix du terrain qui est bradé aux classes les plus populaires36. Il en a résulté une forte dégradation de la qualité des eaux due aux rejets organiques des quartiers populaires ou « lotissements illégaux » directement dans les corps d’eau.

La nouvelle politique des Mananciais : loi fédérale n° 9 886/97 Conscients qu’il fallait décentraliser le contrôle et la protection des Mananciais,

l’Etat de São Paulo décide en 1997 de redéfinir cette politique en organisant un contrôle et un accompagnement local de la protection des Mananciais. Désormais, la protection des Mananciais sera effectué à l’échelle d’une UGRH, voire d’un sous bassin dans la RMSP. Pour chaque UGRH, le système de gestion proposé est tripartite paritaire, et il est soutenu par trois organes de gestions :

Un organe institutionnel qui oriente la politique locale ; Un organe technique qui applique les directives ; Et un organe administratif chargé de vulgariser ces orientations. La loi de protection des bassins hydrographiques des Mananciais d’intérêt régional

a revu un certain nombre d’articles et été validée le 28 novembre 1997, par le gouvernement de l’Etat de São Paulo.

36 Ce phénomène a surtout eu lieu dans le sous bassin Cotia Guarapiranga


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Annexe 1 : La protection des mananciais

Definition : Physiquement, les Mananciais représentent les zones amont des bassins versants

dans lesquelles on trouve les sources des cours d’eau, ces zones n’ont pas vraiment de limites. Aujourd’hui, cette notion a pris une dimension plus politique dans la mesure où l’on a délimité des périmètres de protection environnementale destinés à la protection de la ressource en eau.

Historique :

A la fin des années 70, l’Etat de São Paulo prend conscience qu’il faut considérer la ressource en eau dans la politique d’usage et d’occupation des sols ( legislação de uso e ocupação do solo). C’est ainsi que naît une politique globale de protection des Mananciais.

Les lois 898 du 18 décembre 1975 et 1172 du 17 novembre 1976 délimitent des

Aires de Protection et Récupération des Mananciais (APM, Area de Proteção e Recuperação dos Mananciais) sur l’ensemble de l’Etat. Parmi ces périmètres, il définit des surface de première catégorie : surface de restriction majeure de l’usage du sol ; et de seconde catégorie : des surfaces plus occupées dans lesquelles ont encore été définies 3 classes de restriction de l’usage du sol.

Tableau 11 : surfaces des communes appartenant à l'Aire de Protection des Mananciais (APM)

Commune Surface dans

l'APRM (km2)

Surface hors de l'APRM

(km2)

Surface totale (km2)

% dans l'APM

Póa 01 16 17 02 Guarulhos 99* 235 334* 30

Ferraz de Vassconcelos 10 15 25 40 Mogi das Cruzes 358 373 731 49

Arujá 49* 47 96* 51 Suzano 135 50 185 73

Biritiba Mirim 367 47 414 89 Salesópolis 409 09 418 98

TOTAL CABECEIRAS 1280* 792 2072* 62

Uma Nova Politica de Mananciais, 1997 Les surfaces comprises dans les APM de Guarulhos et Arujá n'appartiennent pas au sous bassin de l'Alto Tietê Cabeceiras, Ce sont les APM d'autres cours d'eau. Ainsi, elles ne sont comptabilisées ni dans les APM du sous bassin, ni dans sa surface totale.

C’est une politique globale qui traite d’égale manière tous les sous bassin de la région. Les restriction quant à l’usage du sol concernent essentiellement : la distribution et la collecte d’eau, les industries et l’agriculture


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TABLE DES ANNEXES Annexe 1 : La protection des mananciais ..................................................................... 87 Annexe 2 : occupation des sols dans le sous bassin de l'Alto Tietê Cabeceiras ......... 89 Annexe 3 : Points de collecte .......................................................................................... 90 Annexe 4 : Le MODSIM-P32......................................................................................... 91


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SCHERER MARQUEZ da ROSA H.V. (président). Relatorio de situação dos Recursos hídricos – Revisão II VOLUME I. São Paulo : Comité da Bacia Hidrográfica do Alto Tietê, 2000. 256p. SCHERER MARQUEZ da ROSA H.V. (président). Relatorio de situação dos Recursos hídricos – Revisão II VOLUME II. São Paulo : Comité da Bacia Hidrográfica do Alto Tietê, 2000. 121p. STRAŠKRABA M. et TUNDISI J.G. Diretrizes para o gereciamento de lagos, volume 9. São Carlos : ILEC ; IIE, 2000. 234p. SUPLICY M.T. (présidente). Relatorio de situação dos Recursos hídricos – Sumário Executivo. São Paulo : 2002. 67p. TRANI E. (coordinateur). Uma Nova Politica de Mananciais.Gouvernement de São Paulo. São Paulo : Imprensa Oficial do Estado S.A., 1997, 23 p.


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http://enpc.fr/cereve/HomesPages/Gaume/coursh2.pdf


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Tableau 9 : Données de pollution des points de contrôle de la CETESB................... 51 Tableau 10 :Les UniteHydraulique (UH) et leur Noeud exutoire ............................. 69 Tableau 11 : surfaces des communes appartenant à l'Aire de Protection des

Mananciais (APM) .................................................................................................. 87

3 CARTES Carte 1 : Les UGRH de l'Etat de São Paulo................................................................. 11 Carte 2 : La RMSP, le bassin versant de l'Alto Tietê et ses sous bassins .................. 12 Carte 3 : Système Intégré à la RMSP............................................................................ 13 Carte 4 : Le sous bassin de l'Alto Tietê Cabeceiras dans le système Intégré à la

RMSP ....................................................................................................................... 14 Carte 5 : Le Système Producteur de l'Alto Tietê ......................................................... 16 Carte 6 : Accroissement démographique du sous bassin entre 1991 et 1996 ............ 40 Carte 7 : localisation des rejets de résidus solides industriels et domestiques (points

rouges) ...................................................................................................................... 43 Carte 8 : Indice de charge contaminante potentiel utilisé pour l'assainissement ..... 43 Cartes 9 : Le sous bassin de l'Alto Tietê abeceiras et ses points de collecte de pluies

................................................................................................................................... 46

4 DIAGRAMMES Diagramme 1 : La classe Fluxeau.................................................................................. 55 Diagramme 2 : la classe Maille et les classes servant à calculer le bilan hydrique... 56 Diagramme 3 : Maille et Couvert .................................................................................. 57 Diagramme 4 : les deux types d'unités héritant de la classe SpatialEntity................ 58 Diagramme 5 : fonctionnement d’une UniteHydraulique .......................................... 59 Diagramme 6 : fonctionnement d’une UniteHydraulique .......................................... 60 Diagramme 7 : Le système Arc-Noeud Arc-Nœud ...................................................... 61 Diagramme 8 : Les héritages Cormas........................................................................... 62


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TABLE DES ILLUSTRATIONS

1 FIGURES Figure 1: la várzea 1 Figure 2 : données de la station climatologique E3-251M du DAEE, commune de

Biritiba Mirim : moyennes mensuelles entre 1973 et 1993 25 Figure 3: Les tanks de várzea 27 Figure 4 : Coupe du Système Producteur de l'Alto Tietê 30 Figure 5La station de pompage de Biritiba Mirim 30 Figure 6 : Modèle de recharge du Système Aquifère Sédimentaire dans le bassin

versant de l'Alto Tietê 41 Figure 7 : Précipitations quinquénales et débits sur le Rio Biritiba Mirim 47 Figure 8 : précipitations quinquennales et débits dans le bassin drainé au réservoir

Ponte Nova avant le contrôle des crues 48 Figure 9 : Régimes du Tietê à Ponte Nova en 1990 et 1992 49 Figure 10 : Régime des débits au pont 3E-052 avant et après contrôle des crues 49 Figure 11 : Système maillé et pluviométrie 63 Figure 12 : :le système maillé et l'urbanisation 64 Figure 13 : Le système maillé et l'agriculture 65 Figure 14 : Le système maillé et la protection de l'environnement 66 Figure 15 : découpage en UniteHydrauliques 68 Figure 16 : réseau arc-nœud associé 69 Figure 17 : les unités demande urbaine 70 Figure 18 : Réseau arc-noeud associé 71 Figure 19 : le système maillé et les UnitesAgricoles 72 Figure 20 : réseau arc-noeud associé 73 Figure 21 : Interface graphique du modsim-P32 version Alto Tietê 73 Figure 22 : Nœuds Modsim sur carte du sous-bassin 74 Figure 23 : réseau arc-nœud associé aux UniteDemande définies 75 Figure 24 : réseau arc-nœud du modèle 75

2 TABLEAUX Tableau 1 : capacité de traitement des systèmes producteurs du Sistema Integrado

de Abastecimento de Água da RMSP.................................................................... 13 Tableau 2 : Production et consommation d’eau dans le sous bassin versant ............ 24 Tableau 3 : Valeurs de l’ETC, l’ETP, Kc pour la culture de laitue-1997 : ............... 26 Tableau 4 : Consommation et production d’eau de la SABESP dans les communes

du sous bassin .......................................................................................................... 28 Tableau 5 : La recharge aquifère du Bassin versant de l’Alto Tietê et du sous bassin

de l’Alto Tietê Cabeceiras ...................................................................................... 42 Tableau 6 : Potentiel hydrique souterrain du bassin versant de l’Alto Tietê : valeurs

des réserves permanentes et régularisées des aquifères de l’Alto Tietê Cabeceiras................................................................................................................ 42

Tableau 7 : Les facteurs de l'eutrophisation ................................................................ 45 Tableau 8 : Points de collecte de pollution de la CETESB.......................................... 50


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La combinaison des Systèmes Multi-Agent limités par la compréhensions de celui

qui les définit, avec des modèles hydrologiques déterministes obéissant à un nombre limités d’équations et un sytème arc-nœud réduisant le réseau hydrographique à seulement des points singuliers et des liaisons, entraîne bien des approximations. C’est pourquoi, on ne peut l’utiliser que comme instrument d’aide à la négociation et non comme outil de prise de décision. Toutefois, les résultats ont l’avantage d’impliquer tous les acteurs et constituent donc un support idéal pour une réflexion commune.

Cette combinaison constitue certainement un avenir dans le règlement des conflits relatifs à l’usage de l’eau dans les bassins versants périurbains des grandes agglomérations.

L’utilisation des Système Multi Agent ne pourra en aucun cas être un outil de prise

de décision dans la gestion de la ressource en eau, trop d’approximations se cumulent et rendent les résultats incertains. Cependant, cet outil permettra aux différents acteurs de l’eau d’une zone de prendre conscience de leurs interactions avec cette ressource et installer un dialogue constructif sur la négociation du foncier aux niveaux individuels et collectifs.


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CONCLUSION

Dans le sous bassin et le reste de l’UGRH Alto Tietê, la SABESP a acquis une priorité, qui tend vers un monopôle sur la ressource en eau. Ce monopôle se traduit par une centralisation de la gestion de cette ressource depuis São Paulo, en terme de disponibilité et de qualité.

L’importance de l’approvisionnement en eau potable de cette agglomération de 18 millions d’habitants est évidente. Cependant, cette centralisation (ou délocalisation) génère des conflits à l’endroit même où est prélevée l’eau : les zones de Mananciais, ou périphérie amont de São Paulo. La SABESP a une vision globale de la ressource et néglige les intérêts locaux de l’usage de l’eau, ces intérêts étant bien souvent complémentaires de ceux de l’organisme, surtout en terme de protection de la ressource.

Dans le sous bassin, les conflits touchent différents acteurs : les communes dont

l’approvisionnement est indépendant de celui de la RMSP ; les agriculteurs, qui accusés de trop polluer limitent l’expansion urbaine encore plus pollueuse ; le DAEE qui gère encore le SPAT avec une vision locale de la situation ; les Organisations non Gouvernementales à caractère environnementales… D’autres acteurs sont mis en cause : l’action des institutions de contrôle est primordiale dans la gestion de ces conflits. Ce sont de ces institutions de contrôle qu’émanent les politiques environnementales et la définition des priorités d’allocation.

L’avantage des Systèmes Multi-Agent est que tout en formalisant des processus

physiques selon des modèles scientifiques, il permet de représenter les processus sociaux propres à chacun de ces acteurs, ou groupes d’acteurs. L’utilisation de ces systèmes dans l’aide à la négociation entre les différents acteurs semble appropriée, que ce soit dans la négociation du foncier ou des politiques de gestion de la ressource.

Dans le cas de la formalisation des processus hydrologiques, une nouvelle

composante s’impose aux Systèmes Multi-Agent spatialisés : l’introduction du système arc-nœud. Ces systèmes sont déjà utilisés dans la plupart des modèles d’allocation de la ressource. Ils permettent de distinguer l’ensemble du réseau hydrographique superficiel et ses points singuliers du reste du bassin versant.


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b) La pollution Les modèles de simulation de la pollution de l’eau sont complèxes. A part établir un

état des lieux de l’eutrophisation etune liste de ses facteurs, il était difficile en si peu de temps de dégager des principes de formalisation de cette pollution.

L’idée de rattacher un objet pollution de type molluant à une MasseEau semble la plus logique et la plus souple, elle permet de formaliser les processus de pollution les uns après les autres. Un grand travail reste à faire sur les risques de pollution, les différents types de polluants possible, leur nuisance chez les usagers, et bien sûr leur processus de contamination.


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4.3.2 Par rapport au lieu

Tout d’abord, il est nécessaire de rappeler que l’utilisation de cet outil à ce sous bassin est appropriée à son contexte. Bien que la moitié de la ressource soit détournée pour l’approvisionnement en eau potable de la RMSP, 81 % de l’agriculture irriguée de cette même région y est pratiquée, et l’importance des zones de Manaciais lui confère un risque d’augmentation de quartiers illégaux. C’est une zone à haut risque de conflits sur le foncier et sur la ressource en eau.

Le bassin manque très largement de données : Il n’y existe aucun piézomètre, la formalisation de l’aquifère va être difficile à

réaliser excepté en emettant des hypothèses comme le fait le MODSIM-P32 qui représente celui-ci comme une boîte noire avec des entrées dans un nœud et des sorties dans le nœud aval ;

La CETESB ne relève la pollution que depuis trois ans. Bien que l’on puisse anticiper l’évolution de la qualité des eaux d’après les travaux de recherche de l’IIE, on ne peut pas se permettre d’avancer des modèles de pollution

Le MODSIM-P32 fonctionne sur des données de débit, l’adaptation de données de pluies à ces chroniques de débits semble complèxe. De plus, en essayant de rester le plus objectif possible, ce modèle répond aux besoins d’un seul des agents du bassin (la SABESP) et n’envisage pas les intérêt des autres agents.

4.3.3 Manques

a) Représentation de la várzea La várzea est un élément hydrologique spécifique au sous bassin, elle est aussi un

lieu de conflit important en ce qui concerne la distribution du sol ; sa formalisation est donc indispensable pour que le modèle soit représentatif.

Excepté l’observation des tanks des agriculteurs qui se trouvent dans des couches de sable, et le niveau du Rio Tietê, on ne dispose d’aucune information (excepté celles d’Hirata) sur ses niveaux et sa dynamique hydraulique.

Il faudrait discerner ses points clef, et disposer de données hydrologiques supplémentaires (dans l’espace surtout, mais aussi dans le temps), afin de mieux comprendre son fonctionnement et de pouvoir en proposer une formalisation.


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couvert et ses sous-classe permettront tout de même de diviser spatialement ces grandes mailles. A long terme, il serait envisageable de remplacer ces mailles par des polygones de couvert homogène. L’utilisation de polygones comme unité de temps est en effet une option de Cormas.

b) La classe Couvert La définition de la classe Couvert permet une souplesse d’utilisation de ce modèle à

tous les bassins versants envisageables. En effet, si l’on peut en définir des sous-classes au cas par cas, son utilisation, et surtout son implantation devient très simple. Un seul problème se pose : la définition pour chaque bassin versant des différents couverts implique une bonne connaissance de ceux-ci. Cette sous-classe recquiert la connaissance des champs qui la font fonctionner.

De plus, la différenciation des différents couverts existant sur une zone est subjective, chaque sous couvert peut être subdivisé en « sous sous couvert ». Le degré d’affinage dépend du lieu choisi et ne doit pas non plus trop alourdir le fonctionnement du modèle.

c) Superposition arc-nœud mailles

La difficulté de cette formalisation résidait dans la formalisation des cours d’eau, canaux, des demandes et des rejets qui ont en commun d’être localisés tandis que la plate-forme Cormas propose une division spatiale du terrain, tout comme la plupart des modèles de ruissellement.

La solution aurait pu être de choisir des mailles de 5 m de côté auquel cas une maille aurait pu avoir un couvert rivière, mais comment formaliser la demande ?

Les modèles d’allocation de la ressource en eau utilisent généralement des systèmes arc-nœud parce que ceux-ci s’y prêtent, ils permettent de prélever ou rejeter ponctuellement un débit dans un réseau d’arcs représentant des cours d’eau. La liaison entre le système arc nœud et les mailles était simple. Un nœud est une sous classe de SpatialObjectLocated de Cormas et connaît obligatoirement une maille sur laquelle il est localisé. Un arc relie deux nœuds.

La demande et les rejets sont diffus mais localisés : par exemple pour la demande agricole, elle émane d’une surface diffuse (la surface à irriguer), mais peut être localisée en un point en amont de cette surface. Ce point sera donc représenté par un nœud tandis que la surface sera représentée par un groupe de mailles appelé SpatialEntity dans le langage Cormas.

Ces principes sont génériques à tout type de bassin versant. Leur application au cas

du sous bassin de l’Alto Tietê Cabeceiras démontre vite certaines limites.


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4.3 DISCUSSION

4.3.1 Par rapport aux autres modèles Les modèles hydrologiques peuvent être déterministes ou stochastiques, c'est-à-dire

qu’ils répondent soient à des équations physiques posées selon les caractéristiques du terrain, soit à des études de probabilités sur des séries chronologiques de données35. Dans les deux cas, ces modèles imposent des échelles temporelles et spatiales.

Les SMA quand à eux ne répondent qu’à des lois sociales, et bien qu’ils ne puissent se passer de chronologie (ordonnement des évènements), la définition d’unités temporelle ou spatiale est facultative. La plate-forme Cormas impose tout de même le choix d’un pas de temps et la définition d’unités spatiales.

La combinaison de ces deux types de formalisations implique un choix à faire au niveau des échelles (incontournables en hydrologie). Elle impose aussi la définition d’un stratagème pour pouvoir relier les agents à cette ressource diffuse qu’est l’eau.

a) Echelles choisies

Pas de temps Le pas de temps un mois est un compromis entre les besoins du jeu de rôle et ceux

d’un modèle hydrologique. En effet, plus petit, les résultats hydrologiques seraient plus fins, d’autant plus que le SIGRH dispose des données journalières de pluie et de débit.

Mais représenter l’évolution de l’occupation du sol à un pas de temps plus fin serait insensé, comme choisir un pas de temps plus fin pour modéliser les processus hydrologiques sur un bassin versant si grand que celui de l’Alto Tietê Cabeceiras.

De plus les modèles dont nous disposons (MODSIM-P32 et SMAP) fonctionnent tous deux à pas de temps mensuel.

Mailles Les mailles représentent une surface de 400 ha (2000 m x 2000 m), ce qui équivaut

à 584 mailles sur les shémas. Seulement, la surface du sous bassin est de 1694 km², ce qui reviendrait à 424 mailles de 400 ha. Les projections utilisées sur les cartes déforment en effet les échelles latéralement et longitudinalement. Ainsi, une maille a une taille maximale de 400 ha.

Il n’en reste pas moins que ces mailles sont grandes. Les principes proposés visent à la réalisation d’un outil de négociation et non à la simulation parfaite des processus. La classe

35 Les modèles hydrologiques existaient bien avant leur formalisation. Par exemple, SMAP suit un modèle hydrologique déterministe, tandis que MODSIM suit un modèle stochastique.


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Figure 23 : réseau arc-nœud associé aux UniteDemande définies

Lucie CLAVEL, 2003

L’utilisation pour les UniteDemande et Nœuddemande d’ArcDemandeurs et

d’Arcretour simplifie les principes du réseau défini par le MODSIM dans la mesure ou elle permet l’élimination des nœuds d’importation qui représentent les rejets.

Figure 24 : réseau arc-nœud du modèle

Lucie CLAVEL, 2003


CLAVEL

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La définition du modèle maillé permet de définir une variabilité spatiale du sous-bassin versant. En vue de relier ce système maillé à ce modèle arc nœud, il est indispensable de replacer les nœuds définis dans le ModsimP32-AltoTietê sur une carte du système maillé défini. On pourra ainsi définir les agrégats de mailles (ou unités) auxquels relier ces nœuds.

Figure 22 : Nœuds Modsim sur carte du sous-bassin34

Lucie Clavel, 2003

Etant donnés les besoins du multi-agent, l’insertion et la supression de nœuds dans

la configuration proposée par Modsim n’est pas à négliger. Les réseaux associés générés par la définition des différentes unités pourront servir de base à ces changements.

b) Le système Arc-Nœud associé au modèle La définition du système arc-nœud en fonction de la demande implique une

différence fondamentale avec le réseau du MODSIM : l’absence de représentation du système d’approvisionnement Rio Claro. Effectivement, le MODSIM est utilisé par la SABESP qui est l’opérateur de ce système. Dans l’optique représentation des usages, il n’est pas utile de le représenter, aucun usage ne fait de compétition avec ce système. Les modifications du débit dues à celui-ci pourront être générées directement par le nœud N1.

34 Pour connaître les noms des nœuds, les noms et orientations des arcs, se référer à la figure 32


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Figure 20 : réseau arc-noeud associé

Lucie Clavel, 2003

Trois sous-réseau arc-noeud ont été déterminés, il convient à présent de les

superposer pour établir le réseau Arc-Nœud du modèle.

4.2.3 Le système Arc-Nœud

Avant de présenter le système Arc-Nœud choisi, la présentation d’un système Arc-Nœud déjà utilisé sur le terrain est interessant. Les analogies entre les deux systèmes permettront sans doute de simplifier l’implantation du modèle, par la connaissances de données sur certain nœuds.

a) Le modèle arc-nœud existe déjà : MODSIM-P32

Dans un objectif d’allocation de la ressource, la SABESP a adapté le modèle arc-nœud ModsimP32 au cas du bassin versant de l’Alto Tietê Cabeceiras. C’est un outil qui correspond aux besoins d’approvisionnement de la RMSP, cependant il peut très bien servir de base au développement du réseau arc-nœud utilisé dans le système multi agent étudié.

Figure 21 : Interface graphique du modsim-P32 version Alto Tietê

SABESP, 2002


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Unités de demande agricole

Seules les périmètres irrigués entrent en compte dans la définition de ces unités. A partir de la carte simplifiée de l’usage des sols, on peut définir trois unités de demande agricole UDA1, UDA2 et UDA3. On remarque que ces trois unités bordent et recoupent des unités de demande urbaine.

Figure 19 : le système maillé et les UnitesAgricoles

Lucie Clavel, 2003

Le sous bassin comporte 81 % de l’agriculture irriguée de la RMSP, celle-ci est

localisée à proximité des cours d’eau existant, c’est principalement une agriculture de várzea. Toutefois, les UDA 2 et 3 comportent de l’agriculture d’encostas localisée à proximité des lieux privilégiés de passage de l’eau. Etant donné que dans un premier temps la différence ne sera pas faite entre les deux localisations de l’agriculture irriguée, le modèle ne comporte que trois UDA qui pourront devenir 6, si l’on distingue ces deux types d’irrigation. En effet, les prélèvements effectués en várzea sont diffus, ils pourraient être formalisés à l’échelle d’une maille, sans forcément associer de nœuds à l’UDA en question.

Pour le moment, des NœudDemande sont définis pour chaque UDA. Ceux-ci, par l’intermédiaire d’Arcs appelés arcs demandeurs prélèvent dans le nœud situé juste à leur amont et par l’intermédiaire d’Arcs appelés arcs retour rejette dans le nœud situé juste à leur aval.


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La banlieue de São Paulo L’unité UDU4 se situant à la gauche de la carte représente six municipalités rejetant

chacune leurs eaux usées en des points différents du Tietê et de ses affluents de cette zone, mais par simplification elles ne représenteront qu ‘une unité. Cette unité a pour caractéristique de ne pas posséder de points de prélèvement dans le système, en effet, ces villes sont approvisionnées par le système intégré de la RMSP, elle prélèvent de l’eau dans le système par l’intermédiaire du SPAT.

Cas de la demande de São Paulo La demande de São Paulo a un impact sur tout le comportement du SPAT, elle sera

donc représentée par une unité Demande UDU5 qui n’agrègera aucune maille. Elle prélève 10m3/s dans le réservoir Taiaçupeba et ne rejète rien dans ce système. Le système ModsimP32 Alto Tietê permet, si cette demande augmente de répercuter cette augmentation sur les éléments du SPAT autres que le réservoir Taiaçupeba. Cette UniteDemandeUrbaine ne possède aucune maille, elle sera donc seulement représentée par un nœud. Le Modsim-P32-AltoTietê dispose déjà d’un nœud représentant la demande de São Paulo. Celui-ci pourra être conservé. Il est indispensable dans la définition du modèle car il implique la création de 4 arcs : celui du pompage de Biritiba Mirim, les deux transferts de débit entre les réservoirs Biritiba Mirim, Jundiai et Taiaçupeba et le prélèvement dans le réservoir Taiaçupeba.

Figure 18 : Réseau arc-noeud associé

Lucie Clavel, 2003


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Unités Demande Urbaine Sur terrain, trois types de demande en eau potable se dégagent : les systèmes

d’approvisionnement isolés, les communes faisant partie du sous bassin et du système d’approvisionnement intégré à la RMSP, puis le reste de la RMSP. Le premier groupe émet donc une demande et un rejet en eau dans le sous bassin. Le second demande de l’eau par l’intermédiaire de la RMSP, on peut considérer qu’il n’émet qu’un rejet sur le sous bassin. Le système intégré lui n’émet aucun rejet, et sa demande dans le bassin est fixe, tout comme pour les systèmes isolés.

Les communes indépendantes du système d’approvisionnement intégré à la RMSP Ces unités sont définies à partir d’une carte représentant les couverts urbanisés et

selon les limites des communes. Figure 17 : les unités demande urbaine

Lucie Clavel, 2003

Trois unités isolées se dégagent sur la droite de la carte , elles correspondent aux

trois villes qui ont un système d’approvisionnement en eau potable isolé. Chacune de ces unités possède un point de prélèvement et un point de rejet dans le réseau hydrographique. Nous les appellerons UDU1, UDU2 et UDU3.

UDU1 correspond à la commune de Salesópolis. Elle prélève 22L/s dans le Tietê qu’elle rejète traitée dans le Paraitinga

UDU2 correspond à la ville de Biritiba Mirim. Elle prélève ___ dans le Tietê qu’elle rejète non traités dans ce même fleuve.

UDU3 représente la ville de Mogi Das Cruzes. Elle prélève 750 L/s dans le Tietê et y rejette 1200 L/s dont elle a acheté 450L/s d’eau du SPAT à la SABESP.


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Figure 16 : réseau arc-nœud associé

: Lucie Clavel, 2003

Tableau 10 :Les UniteHydraulique (UH) et leur Noeud exutoire

Unite UH1 UH2 UH3 UH4 UH5 UH6 UH7 UH8 UH9 UH10

UH11 UH12

Exutoire N1 N2 N3 N4 N5 N62 N7 N8 N9 N10 N112 N12 Lucie Clavel, 2003

L’association d’arc est de nœuds aux UniteHydrauliques choisies fait clairement

apparaître le réseau hydrographique naturel. Les Arcs et les nœuds que feront intervenir la demande caractériseront eux le réseau hydrographique transformé par les usages anthropique de l’eau.

b) Intervention de la demande La demande a un impact sur le réseau hydrographique : les conséquences de cette

demande sont des prélèvements et des rejets dans les cours d’eau. Cette demande a aussi des effets sur le ruissellement : le cas le plus typique est celui

de l’agriculture irriguée. Non seulement l’irrigation apporte de l’eau supplémentaire à celle des précipitations, mais en plus, nous avons vu que les irrigants des encostas pratiquent ce que l’on peut qualifier de rétention d’écoulement.

Sachant que plusieurs unités peuvent être superposées, nous définirons d’abord la demande urbaine, c’est à dire les transformations du réseau dues aux besoins domestiques et industriels. Ensuite sera définie la demande rurale : les besoins agricoles et « naturels » de la région. Ainsi, les cellules appartenant à deux unités demande ou les unités demande comportant seulement quelques cellules représenteront des cas typiques d’interface urbain-rural.


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Les unités hydrauliques ont été définies à partir de l’écoulement naturel de l’eau dans le sous-bassin versant et le positionnement de points de contrôle existant. Par exemple, L’UniteHyraulique1 (UH 1) correspond au point de contrôle 35 du ModsimP32-AltoTietê. L’UH 4 correspond à la zone de drainage du réservoir Biritiba Mirim. L’UH 5 correspond au débit réservé en aval de la station élévatrice de Biritiba Mirim, c’est le point AT7 du DAEE. Ces unités sont ordonnées de l’amont à l’aval du sous-bassin versant.

Figure 15 : découpage en UniteHydrauliques

Lucie Clavel, 2003

Il est indispensable dès la définition des UniteHydraulique de leur associer un

réseau d’Arc et de Nœuds. Chaque UniteHydraulique est reliée à un nœud lui-même relié à un ou plusieurs

arcs. Les UniteHydraulique connaissent les mailles qui la forment. Elles possèdent un attribut Ruissellement de type FluxEau, qu’elle calculera à chaque pas de temps en faisant la somme des ruissellements produits par chacune de leurs mailles. Par exemple, l’UniteHydraulique

Ensuite, elle est capable d’introduire ce ruissellement dans le réseau hydrographique, ou système Arc-Nœud. Après avoir calculer ce ruissellement, elle l’ajoute dans l’attribut EauEntrante du Nœud auquel elle est reliée, celui-ci représente son exutoire.


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LL Les mailles appartenant à la Sera do Itapeti ou au Parc d’Etat porteront un couvert

de type CouvertForet. La présence de surface protégées, et de surface arboricoles non irriguées implique la

redéfinition des types de couverts appropriés au cas de l’Alto Tietê Cabeceiras.

Redéfinition des couverts

Les principes généraux ne distinguent que trois grands types de couverts. Cette classification peut être affinée au cas par cas pour pouvoir composer des couverts plus fidèles à chaque bassin versant.

La classe CouvertUrbain peut être divisée en 4 sous-classes comme il est dit précédemment :

Quartiers résidentiels Lotissements irréguliers Zones industrielles Zone d’aménagement public La classe CouvertAgricole, qui implique une irrigation, pourra être détaillée en

deux sous classes : Agriculture de várzea Agriculture d’encostas Pour l’instant, on utilisera une seule classe, les différences d’impact des deux types

d’irrigation sur le bilan hydrique n’ayant pas été étudiées. La classe CouvertForet pourra être divisée en 4 sous classe : Mata Atlantica, qui fait référence aux surfaces protégées Pin Plaqueminier Eucalyptus L’existence de pâturages pose problème dans la définition de ces Couverts, la

solution est sans doute de ne pas définir ce type de couvert, mais de considérer la présence de ce type de végétation dans les paramètres des FonctionTransfert et FonctionProduction des mailles qui comportent un pâturage.

4.2.2 Les unités

a) Unités hydrauliques


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Les agriculteurs irriguent seulement les jours où il ne pleut pas. Chaque Maille qui

possèdera un CouvertAgricole et un champ Irrigation non nul connaîtra une chronique journalière de pluies32 et pourra à chaque pas de temps compter le nombre de jours d’irrigation nécessaire.

De plus, les besoins journaliers d’irrigation sont variables selon la saison et les températures moyennes, le référence sera dans un premier temps 2,86 m3/s les jours sans précipitations pour la totalité de la surface irriguée, ce qui équivaut à 40,3 L/s et par maille les jours sans pluie. La fonction Irrigation permettra de calculer le FluxEau apporté à la Maille dans le calcul de son bilan hydrique. Ce Fluxeau comprend le calcul du Volume apporté ainsi que la Charge de pollution qui en résulte. Il est à noter que le RisquePollution d’un CouvertAgricole Irrigué est élevé.

Les mailles portant une agriculture mixte pourront être classée parmi un couvert forêt, en général, les plantes qui y poussent sont des arbres qui ne sont pas irrigués. Ce type de couvert sera initialisé dans le chapitre suivant.

Les zones de protection environnementales, protection des Mananciais Les lois de protection environnementales posent des conditions sur l’occupation des

sols. Les mailles possèdent un champ Législation qui pourra prendre trois état : aucune, Mananciais et ParcProtege. Cet attribut pose des conditions sur le ou les couverts rattachés à la maille. Une maille à l’état Mananciais limite toute progression de CouvertUrbain excepté s’il est de nature quartier illégal33, par contre elle n’a pas d’influence sur l’expansion des CouvertAgricole. Une maille ParcProtege (Serra do Itapeti ou Parc d’Etat) ne peut pas changer de couvert. Ce couvert est exclusivement de type Mata Atlantica, avec les caractéristiques du bilan hydrique de ce type de forêt.

Figure 14 : Le système maillé et la protection de l'environnement

Lucie Clavel, 2003

32 chroniques disponibles sur : <http://www.sigrh.sp.gov.br/sigrh/basecon/bancodedados/index.html> 33 dans le cas où plusieurs sous classes de Couverturbain sont définies

http://www.sigrh.sp.gov.br/sigrh/basecon/bancodedados/index.html


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Ce taux d’urbanisation et cette densité peuvent dans un premier temps être définis selon des cartes présentant ces taux ou des densités de population. Pour être plus précis, et selon les données existantes, il serait intéressant de pouvoir composer l’objet CouvertUrbain de plusieurs sortes d’urbanisations. Chacune d’elles possèderait des caractéristiques propres d’imperméabilisation, de densité de population. Chaque sorte d’urbanisation étant définie au préalable, il suffirait d’y affecter des pourcentages pour chaque CouvertUrbain, évitant d’initialiser les taux et population de chaque maille à chaque modification, mais seulement les pourcentages de tel ou tel type d’urbanisation. D’après les zonages effectués par les communes de Salesópolis et Mogi das Cruzes, on peut déjà définir 4 urbanisations différentes : les quartiers résidentiels, les lotissements irréguliers, les zones industrielles et les zones d’aménagements publics.

Les activités agricoles Les surfaces où est pratiquée l’agriculture sont caractérisée par une

évapotranspiration qu’on peut considérer inter annuellement constante, c’est à dire que l’évapotranspiration varie au cours de l’année, mais se retrouve d’une année à l‘autre en considérant la même date. L’évapotranspiration varie cependant d’une culture à une autre et d’une région à une autre. Ici, la région ne varie pas, mais il existe deux types de paysages agricoles bien définis, l’un irrigué, l’autre non. Les mailles portant un CouvertAgricole de type agriculture irriguée connaissent les chroniques d’évapotranspiration moyennes des productions horticoles de la région. Quand aux autres, elles portent un couvert agricole de type agriculture mixte, ces CouvertAgricoles connaissent des chroniques d’évapotranspiration établies sur les moyennes des évapotranspiration des différentes végétations rencontrées, c’est à dire : Mata Atlantica, eucalyptus, plaqueminiers, pins et pâturages. Comme pour les CouvertsUrbains. La possibilité de pouvoir composer chaque CouvertAgricole de plusieurs types d’agriculture avec des pourcentage de participation permettrait une initialisation et une évolution du système plus facile.

Figure 13 : Le système maillé et l'agriculture

Lucie Clavel, 2003


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L'urbanisation Chaque maille connaît un taux d’urbanisation qui est compris entre 1 % et 99%. En

effet, on peut supposer que sur n’importe quelle surface de 4 km², il existe au moins une route, qui constituerait l’unique marque d’urbanisation d ‘une zone complètement rurale. Et de même, en zone complètement urbaine, on peut considérer les jardins ou les ronds-points fleuris.

Sur la carte du système maillé, l’urbanisation faible correspond à un taux d’urbanisation inférieur à 40 %. Une urbanisation moyenne va de 40 à 70 %. Au delà, l’urbanisation et considérée comme forte.

Figure 12 : :le système maillé et l'urbanisation

Lucie Clavel, 2003

Urbanisation faible correspond à un taux d’urbanisation inférieur à 40 % ;

Urbanisation moyenne correspond à un taux compris entre 40 et 70 % ; et Urbanisation forte à un taux supérieur à 70 %. Ces valeurs sont des estimations réalisées à partir de la carte de l’Usage des sols dans le bassin versant de l’Alto Tietê de l’Institut de géosciences de l’Université de São Paulo.

Cette urbanisation sera liée à la maille par l’intermédiaire d’un CouvertUrbain auquel sera attribués :

un taux d’urbanisation : TauxUrbanisation de type entier compris entre 1 et 99 (celui-ci est présenté sur la carte précédente), celui-ci permet de calculer la perméabilité du terrain par la fonction CalculImpermeabilite;

une Densité : le champ Densite de type entier permet de définir un besoin en eau potable à partir de la fonction CalculDemande et de la surface constante de la Maille;


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A partir de cette initialisation individuelle de chaque maille, il sera possible de définir des groupements de mailles aux propriétés homogènes. Puis, au sein de ces groupements, il faudra dégager des unités, sachant qu’il n’existe pas de maille isolée du reste des mailles d’une unité.

Enfin, la connaissance de ces unités permet de définir les nœuds indispensable au fonctionnement de chacune d’elles, et par conséquent d’établir le système arc-nœud approprié.

4.2.1 Le système maillé

e) Initialisation physique des mailles : la pluviométrie Pour relier les mailles à des chroniques de pluies, la méthode des polygones de

Thiesen semble inappropriée au sous-bassin versant de l’Alto Tietê Cabeceiras. En effet, la variabilité de la pluviométrie n’est pas homogène, mais dépend fortement de la proximité de la Serra do Mar au sud. D’après la carte des isohyètes de la région, trois régimes de pluies peuvent être définis.

Figure 11 : Système maillé et pluviométrie

Lucie Clavel, 2003

Selon sa localisation, une maille connaîtra la chronique31 de débit du point de contrôle le plus proche de celle-ci et correspondant à la même zone.

f) Initialisation de l'occupation humaine des mailles Il existe 3 classifications pour relier ces mailles à un couvert :

31 chroniques disponibles sur : <http://www.sigrh.sp.gov.br/sigrh/basecon/bancodedados/index.html>

http://www.sigrh.sp.gov.br/sigrh/basecon/bancodedados/index.html


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agréable l’interface graphique du modèle. La classe nœud est en effet une sous-classe de spatialObjectLocated.

4.1.7 Héritages Cormas

La plate forme Cormas prédéfinit des classes d’objet auxquelles il est possible de rajouter d’autre classes, comme FluxEau dans ce cas. Pour assurer la liaison avec cette plate-forme, trois classes de ce modèles héritent de classes définies sous Cormas.

Diagramme 8 : Les héritages Cormas

Lucie Clavel, 2003

Le diagramme des héritages permet d’avoir une vision plus globale du modèle. A

gauche on observe la discrétisation du terrain en unités élémentaires, au milieu : le regroupement de ces unités élémentaires en unités spatiales de différent type, et à droite leur liaison avec le réseau arc-noeud propre au modèle.

Les différentes classes représentées pourront se transmettre des FluxEau. Ces FluxEau pourront aller et revenir de la Maille jusqu’à l’Arc par l’intermédiaire du système d’unités proposé par Cormas et selon les possibilités offertes par les opérations de chaque classe.

Ces principes établis, leur application à un cas particulier validera ou non leur

pertinence. Le cas du sous bassin de l’Alto Tietê Cabeceiras s’y prête plutôt bien.

4.2 APPLICATION AU SOUS BASSIN VERSANT DE L’ALTO TIETE CABECEIRAS

La première phase de cette application consistera à définir le système maillé en isolant les mailles et décrivant pour chacune d’elles les propriétés physiques et anthropique influançant le calcul du bilan hydrique.


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Diagramme 7 : Le système Arc-Noeud Arc-Nœud

Lucie Clavel, 2003

A chaque pas de temps : Un Arc transmet seulement un FluxEau d’un Nœud d’origine à l’EauEntrante d’un

Nœud d’arrivée. Un Nœud : connaît une eauEntrante distribue des FluxEau à l’ensemble des Arcs sortant qu’il connaît selon des règles EauEntrante = EauSortante Remarque : Un ArcDemandeur est prioritaire sur les autres Arcs sortant Un Nœud barrage considère le champ stockage comme faisant partie de

Eausortante. Un Nœud Demande connaît deux Arc spécifiques par l’intermédiaire desquels il

prélève et rejette des FluxEau. Une priorité est attribuée à l’ArcDemandeur en fonction de l’usage pour lequel est utilisé le prélèvement, c'est-à-dire en fonction de la sous-classe d’UniteDemande à laquelle le nœud est relié.

L’existance sous Cormas d’une classe SpatialObjectLocated permettra lors de

l’implantation du modèle de localiser ces différents nœuds sur des mailles afin de rendre plus


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font pas partie du réseau hydrographique, ils servent seulement d’intermédiaire entre ce réseau et les Unitedemande.

L’UnitedemandeAgricole (UDA) permet de prélever un FluxEau en certains

NœudDemande et d’introduire des portions égales de ce Fluxeau dans le calcul des bilans hydriques de chacune des Mailles qui la composent.

L’UniteDemandeUrbaine, elle, prélève un FluxEau en un Nœuddemande, lui transmet une Charge de pollution, puis le rejette en un autre Nœud du réseau.

Diagramme 6 : fonctionnement d’une UniteHydraulique

Lucie Clavel, 2003

4.1.6 Le réseau hydrographique : système arc nœud

D’après la définition du Dictionnaire Hydrologique, le réseau hydrographique est l’ensemble hiérarchisé et structuré des chenaux (fleuves, rivières, cours d’eau) qui assurent le drainage superficiel, permanent ou temporaire, d’un bassin versant ou d’une région donnée. Ce réseau hydrographique inclut les canaux, plans et courants d’eau artificiels.

Les caractéristiques du comportement de réseau ne sont exprimées qu’en certains points singuliers qui seront représentés par des objets appelés Nœuds. Un Nœud pourra représenter une affluence, l’emplacement d’un réservoir, un point de collecte des données, un point de prélèvement ou de rejet par les humains. Il sera capable de répartir des flux d’eau entrant et des flux d’eau sortant en respectant une égalité entre le flux entrant et le flux sortant

Pour concrétiser ce réseau hydrographique sera utilisée la classe Arc. Chaque arc reliera deux Nœuds selon la géographie du réseau hydrographique.


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Avant de définir ces nouvelles classes, il est nécessaire d’expliquer, que les Unite assurent l’interface entre le système maillé et la représentation Arc-Nœud du réseau hydrographique superficiel. Ainsi toute Unite connaît au minimum un Nœud du système Arc-Nœud, cette classe est définie dans le chapitre suivant.

c) Les processus naturels : Unités Hydrauliques Afin de simplifier le calcul de la contribution du ruissellement au réseau

hydrographique, la surface du bassin versant sera divisée en Unités Hydrauliques : unités de surface plus grossières que les mailles.

Une unité hydraulique est une sorte de micro bassin versant, c’est à dire une surface élémentaire hydrologiquement close, aucun écoulement n’y pénètre de l’extérieur et tous les excédents de précipitations s’évaporent, ou s’écoulent par une seule section à l’exutoire30.

Une UniteHydraulique est un agrégat de Mailles ne connaissant qu’un seul Nœud appelé son exutoire. A chaque pas de temps, elle transmet au champ EauEntrante de son nœud exutoire la somme des ruissellements des Mailles qui la composent et celle des infiltrations du pas de temps précédant.

Diagramme 5 : fonctionnement d’une UniteHydraulique

Lucie Clavel, 2003

d) L’usage anthropique de l’eau : Unités Demande L’implantation humaine a non seulement transformé le réseau hydrographique, mais

elle a aussi transformé localement les résultats des bilans hydriques en terme quantitatif et qualitatif.

Une UniteDemande est un agrégat de mailles caractérisant un usage de l’eau par l’exploitation humaine du terrain. On distingue deux sous-classes d’UniteDemande selon la nature de la demande : approvisionnement en eau potable ou irrigation. Les UniteDemande connaissent une sous-classe de Nœud, la sous-classe NoeudDemande, ces types de nœuds ne

30 Disponible sur : <hydram.epfl.ch/e-drologie/chapitres/ chapitre2/chapitre2.html>


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Trois sous-classes de Couvert sont définies d’après les caractéristiques du sous bassin, il sera possible par la suite d’affiner ce découpage, par exemple pour un CouvertForet, de distinguer la nature de la forêt : eucalyptus, pin ou Mata atlantica.

A chaque pas de temps : Le Couvert évolue La maille réactualise ses caractéristiques physiques : Perméabilité = Σ (Proportion x Perméabilité) Apports = Irrigation + Arrosage Prélèvements = Σ BesoinsPlantes Les objets FonctionProduction et FonctionTransfert actualisent leurs paramètres

puis calculent une nouvelle valeur de l’infiltration et du ruissellement.

L’interface entre le fonctionnement du système maillé et celui du système arc-nœud sera réalisée par la mise en place d’agrégats de mailles appelés unités reliés au système arc nœuds par ces derniers

4.1.5 Les Unités

Les unités assurent une partition du territoire permettant de simplifier les calculs avant de relier les processus hydrologiques ayant lieu à l’échelle d’une maille en les regroupant et additionnant certains de leurs champs. Selon son utilisation la classe Unite possède deux sous-classes.

Les UnitesHydrologiques simplifient les calculs et transmission des bilans hydriques de l’ensemble du bassin versant tandis que les UniteDemande assurent le calcul de la demande et des rejets à l’échelle d’une surface où cette demande existe.

Diagramme 4 : les deux types d'unités héritant de la classe SpatialEntity

Lucie Clavel, 2003


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La classe FluxEau est l’unité de calcul du modèle, c'est-à-dire que les résultats de la formalisation seront de type FluxEau. La maille quand à elle aura le rôle d’unité spatiale élémentaire de calcul. C’est à l’échelle d’une maille que seront effectués les premiers calculs de bilan hydrique, dont le résultat sera exprimé en FluxEau.

4.1.4 L'utilisation d'un objet Couvert

L’utilisation d’une classe Couvert reliée à la classe Maille permet d’une part l’articulation avec les aspects sociaux des systèmes multi agents en introduisant une capacité d’évolution de l’occupation des sols à chaque pas de temps, d’autre part, il permet d’introduire une pollution dans l’eau ruisselée et infiltrée par la Maille. Nous avons en effet constaté que les risques d’eutrophisation sont très liés à l’occupation des sols.

Pour caractériser l'occupation humaine des sols, les Mailles connaîtront un Couvert modifiable selon des critères sociaux, et la nature des Couverts des mailles voisines. Ce couvert pourra modifier les paramètres des FonctionProduction et FonctionTransfert et ainsi les bilans hydriques. De plus selon les activités pratiquées, il pourra rajouter ou retirer des FluxEau de ces bilans hydriques.

Par exemple si une Maille connaît un Couvert caractérisant l'agriculture irriguée, elle se verra ajouter une irrigation de type FluxEau à son bilan hydrique. De plus cette maille verra son risque de pollution augmenter, son Couvert aura la possibilité d’introduire une charge polluante aux infiltration et ruissellement de la Maille.

Diagramme 3 : Maille et Couvert

Lucie Clavel, 2003


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4.1.3 La surface du bassin : système maillé La plate forme Cormas permet de diviser la totalité de la surface étudiée en cellules

appelées SpatialEntityCell. Les modèles hydrologiques utilisent en général une division du terrain en mailles pour le calcul du bilan hydrique. Ici, le bassin versant sera divisé en objets Maille caractérisant des surafaces de 2 km de côté. Ces mailles permettront discrétiser la variabilité spatiale des caractéristiques physiques du terrain (sols, caractéristiques géomorphologiques, précipitations...), donc d’affiner les calculs des ruissellement et infiltration.

La principale fonction d’une Maille est le calcul des termes du bilan hydrique. A partir de la pente moyenne, de la perméabilité, des précipitations et de l’évaporation, elle peut , par l’intermédiaire de deux classes : FonctionProduction et FonctionTransfert retourner une infiltration et un ruissellement.

Diagramme 2 : la classe Maille et les classes servant à calculer le bilan hydrique

Lucie Clavel, 2003

Remarque 1 : Les objets FonctionProduction et FonctionTransfert sont régis par des

modèles déterministes à n et m paramètres. Ils peuvent avoir besoin de plus ou moins de données, à propos de la maille (porosité, interception…), il n’existe pas de modèle callés sur la zone. Les données et paramètres des modèles à utiliser restent donc à définir.

Remarque 2 : En général dans les modèles hydrologiques maillés, le ruissellement

émis par chaque maille est transféré à ses voisines avales jusqu’au réseau hydrographique, cette démarche multiplie les calculs de l’amont vers l’aval.


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Les modèles hydrologiques peuvent utiliser des pas de temps bien plus courts, en particulier pour représenter les phénomènes de crues ou les processus hydrologiques relatifs à des zones sèches. Ces pas de temps peuvent varier de la minute à la semaine.

Choisir un pas de temps si court alourdirait considérablement le fonctionnement du modèle. Pour les résultats attendus, le modèle effectuera ses calculs chaque mois. A l’échéance de chaque mois, il sera possible de consulter l’état de chaque objet du modèle.

4.1.2 La formalisation de l'eau Le modèle représentant des processus hydrologique, les opérations effectuées à

chaque pas de temps sont des déplacements d'eau (ruissellement, infiltration, écoulement, précipitations, prélèvement…). De même, les attributs de chaque objet dont on veut connaître l'état sont le résultat de ces déplacements d'eau.

Il semble nécessaire de créer une classe qui faciliterait la représentation de ces transferts d'eau d'un objet à l'autre, c'est à dire un objet propre à l'eau. Cette classe sera appelé FluxEau. Elle devra caractériser un volume d'eau et la pollution qui lui est associée. Ainsi, FluxEau possèdera deux attributs :

Volume : un nombre entier exprimé en m3 ; Pollution : de type Polluant. Un FluxEau transporte ou non une charge polluante

qu'il transmettra à des écoulements aval. La classe Polluant s'impose avec comme attributs son nom et sa quantité. Dans un premier temps, le modèle ne considérera que l’eutrophisation qui est la pollution principale affectant les réservoirs.

Deux flux d’eau pourront se cumuler en cumulant leur pollution dans la fonction Ajouter qui retourne un objet FluxEau. Cette opération ajouter permettra aussi bien d’additionner deux FluxEau que de les retrancher.

Remarque : la classe FluxEau connaît un Volume d'eau et l'objet Polluant connaît une quantité de pollution, la fonctions Ajouter pourra aisément calculer les concentrations de polluants.

Diagramme 1 : La classe Fluxeau

Lucie Clavel, 2003

FluxEau a l’avantage de pouvoir représenter tous les termes du bilan hydrique ainsi

que les différents usages de l’eau. Cette classe devient donc l’unité de calcul du modèle.


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4 RESULTATS Dans l’élaboration de méthodes et outils de négociation du foncier dans les zones

où des conflits règnent autour de l’usage de la ressource en eau, un objectif du projet NEGOWAT est de proposer un jeu de rôle basé sur un modèle SMA destiné aux bassins versants périurbains des grandes villes, ou métropoles d’Amérique latine. Ainsi, l’outil proposé, de type jeu de rôle devra posséder une base générique à tous ces bassins versants. Cette base est décrite dans les principes généraux. Son application au sous bassin de l’Alto Tietê Cabeceiras permettra d’envisager les limites de ces principes, et comment les appliquer, ou les arranger à des cas particuliers.

4.1 PRINCIPES GENERAUX DU MODELE La formalisation hydrologique sera élaborée selon trois axes : Une discrétisation de l’espace en unités élémentaires : les mailles (voir chap 5.1.3

système maillé) permettant d’illustrer la variabilité spatiale de l’usage des sols et celle des bilans hydriques qui en résultent ;

La partition spatiale du territoire en unité spatiale de différents types. Cette division du terrain permettant d’isoler le calcul des différentes demandes, rejets et écoulements dans le réseau hydrographique ;

La représentation du réseau hydrographique superficiel sous forme de réseau arc-nœud ordonné. Cette représentation permettra au modèle de fonctionner dans le sens d’écoulement des eaux29 et de symboliser les endroits clé du réseau hydrographique sous forme de nœud.

4.1.1 Pas de temps Afin de présenter l’impact sur la ressource en eau de l’évolution de l’occupation des

sols à horizon dix ou vingt ans. Le pas de temps choisi pour rester réaliste à ces échelles de temps est le mois.

Le pas de temps est l’untité temporelle de calcul pour laquelle un modèle peut retourner des informations. A chaque pas de temps, le modèle peut s’interrompre et donner l’etat (la description) des différents objets qu’il modélise.

29 L’exemple de la station de pompage de Biritiba Mirim montre que le sens d’écoulement n’est pas toujours orienté de l’amont vers l’aval.


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d’humidité, de ruissellement, d’infiltration et de recharge de la nappe à un pas de temps mensuel.

3.4.3 La pollution PALMOLARE 3.0 a été développé pour simuler l’évolution de l’eutrophisation

dans les lacs et réservoirs en fonction des variables de ce phénomène : vent, circulation et turbulence de l’eau, température, et bien sûr concentrations en Phosphore et Azote.

3.5 EXPERIENCE

La rencontre avec des acteurs de ces travaux de recherche, de ces données et ces modèles, permet d'approfondir la compréhension de ces documents, et les raisons de certains choix, dans le traitement des données par exemple. Dans cet objectif il a été utile de rencontrer J.G. TUNDISI, spécialiste de la pollution ; H.L. CASTRO, R.PORTO et l’ingénieur KAMEL, les chercheurs du MODSIM-P32 version Alto Tietê, R.C.A. HIRATA et G.A. ROCHA pour l’hydrogéologie…

La rencontre avec des acteurs du sous bassin, acteurs et utilisateurs de ces donnees. Permet de se rendre compte de l'impact des travaux a l'echelle locale. Deux types d’acteurs existent : ceux de la gestion de l’eau, comme l’ingénieur L.C. MIYA (DAEE) qui supervise la gestion et l’entretien du Système d’approvisionnement de l’Alto Tietê pour la ville de São Paulo (SPAT), ou D.A COREIA et l’ingénieur GELINDO qui supervisent les systèmes d’approvisionnement plus réduits des communes de Mogi das Cruzes et Salesópolis.


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Les modèles informatiques existant traitent des données. Il est intéressant d'étudier quelles données, approximations et principes de formalisation ils utilisent, afin de ne pas négliger les critiques et interprétations existantes.

L’idée principale de cette formalisation est de superposer une représentation arc-nœud du réseau hydrographique à un découpage en mailles de la totalité du terrain, afin de pouvoir aussi bien formaliser une demande émanant des usagers que des processus hydrologiques spatialisés tels que le ruissellement. Des modèles de ce types existent et sont utilisés sur place. Il existe aussi des modèles simulant les phénomènes d’eutrophisation à ne pas négliger dans ce travail.

3.4.1 Les Modèles d’allocation27 (cf. annexe 4) Ce type de modèle simule la réponse a une demande en différents points clé du

réseau d'approvisionnement (villes, barrages, zones agricole) en fonction des caractéristiques des ouvrages existants et de données de débits reconstituées. Pour la gestion de la ressource du sous bassin, la SABESP a ajusté le modèle MODSIM développé à Canberra, Australie28 Il utilise des données pluie-débit reconstituées sur 63 ans. La SABESP a ajusté ce modèle au cas du sous bassin de l’Alto Tietê Cabeceiras pour optimiser la gestion du SPAT.

Il propose deux types de simulations : la première sur des chroniques longues, c'est-à-dire sur les 63 ans de données débits disponibles ; la seconde propose 62 simulations sur deux années consécutives de débit.

C’est un modèle de type arc-nœud, une des bases de la formalisation proposée dans ce travail. Son existence est intéressante dans la mesure où elle permet d’appréhender les priorités d’allocation de la SABESP dans un premier temps. De plus, ce modèle pourra être utilisé pour la formalisation hydrologique du sous bassin. (cf. annexe IV)

3.4.2 Les modèles déterministes Les modèles déterministes sont des modèles qui associent à chaque jeu de variables

de forçage, de variables d’état et de paramètres une valeur réalisation unique des variables de sortie (Eric GAUME, 2001). C'est-à-dire qu’à partir d’une ou plusieurs données d’entrée (la pluie en général), de paramètres « arbitraires » et d’équations mathématiques, le modèle peut retourner une valeur de débit résultant, ou d’infiltration.

SMAP est un modèle pluie-débit déterministe et conceptuel. Il a l’avantage de formaliser des processus plus physiques que MODSIM sur des micro bassins similaires a ceux que l'on peut rencontrer dans le sous bassin, mais voisins. Il divise le terrain en mailles, qui grâce à des équations et des grandeurs caractéristiques physiques retourne des valeurs

27 Téléchargeable sur http://www.phd.poli.usp.br/download/modsimp32 28 http://mssanz.cres.anu.edu.au/modsim2003.html

http://www.phd.poli.usp.br/download/modsimp32

http://mssanz.cres.anu.edu.au/modsim2003.html


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En amont du réservoir Taiaçupeba L’eutrophisation est observable dans les réservoirs Jundiai et Taiaçupeba, leurs

petits volumes ne leur permet pas de diluer les charges de matières organiques qu’ils reçoivent. On observe ce phénomène plus particulièrement aux affluences de ces réservoirs, en effet, l’eau chargée de N et P perd de la vitesse en arrivant dans les barrages ce qui augmente la DBO

On a un état eutrophique26 des eaux dans la várzea du Biritiba Mirim (BMIR02800) dans le canal de liaison des réservoirs Jundiai et Taiaçupeba ainsi qu’en aval du Verte Douro. La captation de la SABESP dans le réservoir Taiaçupeba (PEBA00900) est préservée, loin de l’affluence, les éléments organiques sont bien dilués, on y trouve seulement un état mésotrophique.

Le Rio Tietê Le Tietê dispose de trois points de contrôle, l’un à Ponte Nova, le second à Mogi

das Cruzes, le troisième à Suzano juste à l’aval de la station de traitement des eaux usées. Dès Ponte Nova (TIET02050), il présente un caractère eutrophique. La station de traitement ( (TIET03120) met en évidence une détérioration significative de la qualité des eaux, la CETESB parle d’un point d’inflexion. A partir de là, le cours d’eau n’est plus capable d’assimiler les charges polluantes qu’il reçoit, le Tietê est dans un état hypereutrophique.

Tableau 9 : Données de pollution des points de contrôle de la CETESB

Point de contrôle DBO5,20 (mg/L) Phosphore total (mg/L) BMIR02800 3,5 0,099 JNDI00500 5,8 0,067 PEBA00100 4,0 0,048 PEBA00900 0,040 TAIA02800 7,0 0,111 TIET02050 3,5 0,063 TIET02090 3,8 0,089 TIET03120 8,3 0,423

CETESB,2001, Relatório de Qualidade das Águas Interiores do estado de São Paulo

3.4 MODELES

26 niveau trophique : P< 0,0265 mg/L niveau oligotrophique 0,0265 mg/L<P<0,053 mg/L niveau mésotrophique 0,053 mg/l<P<0,2119 mg/L niveau eutrophique 0,2119 mg/L<P niveau hypereutrophique


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La politique de contrôle des crues a effectivement atténué le pic des crues des mois de janvier à mars. Cependant, les débits observés après la mise en service du réservoir restent assez variables. Par exemple, la différence de débit moyen observé entre octobre 1981 et octobre 1984 est d’environ 30 m3/s. En effet, la surface drainée à Suzano est supérieure de 979 km² à celle drainée à Ponte Nova.

3.3.3 La pollution

La CETESB, organisme contrôleur pollution, données sur l'ensemble de l’Etat de São Paulo depuis 1968.

Tableau 8 : Points de collecte de pollution de la CETESB

Point Corps d’eau Localisation Objet BMIR02800 Biritiba-

Mirim Pont sur la route SP-88 entre les communes de Mogi das Cruzes et Biritiba-Mirim

Amont du prélèvement pour l’approvisionnement de la ville de Mogi das Cruzes

JNDI00500 Jundiai Canal de liaison entre les réservoir Jundiai et Taiaçupeba

Amont du réservoir Taiaçupeba où est traitée l’eau potable destinée à São Paulo

PEBA00100 Affluence du Taiaçupeba Mirim PEBA00900

Réservoir Taiaçupeba Captation de la SABESP

Contrôle de l’eau traîtée par la SABESP

TAIA02800 Taiaçupeba Aval du Vertedouro TIET02050 Pont sur la SP-88 entre mogi et

Salesópolis

TIET02090 Captation principale pour l’approvisionnement de mogi das Cruzes

idem

TIET03120

Tietê

Aval de la station de traitement des eaux usées de Suzano

Contrôle des effluents de la station

CETESB,2001, Relatório de Qualidade das Águas Interiores do estado de São Paulo

La pollution des eaux commence dans la commune de Mogi das Cruzes, première ville significativement industrialisée de l’amont vers l’aval. Les activités maraîchères et industrielles provoquent une eutrophisation que nous décriront plus tard.

Un autre point clé du sous bassin est le réservoir Taiaçupeba, dont la SABESP traite les eaux destinées à l’approvisionnement de la RMSP. Celle-ci dispose de données privées sur qualité des eaux des réservoirs leur appartenant. Ces données sont privées car l’organisme effectue un contrôle avant la CETESB. Ce réservoir connaît lui aussi un taux d’eutrophisation non négligeable étant donné la présence d’une entreprise productrice de papier sur ses rives, des stockages frigorifiques de viandes de Suzano et de deux quartiers illégaux à son amont.


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Figure 9 : Régimes du Tietê à Ponte Nova en 1990 et 1992

1990

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set

préc

ipita

tions

(mm

)

0

5

10

15

20

débi

ts (m

3/s)

pluies E2-112 débits 3E-048

1992

0

50

100

150

200

250

300

350

400


préc

ipita

tions

(mm

)

0

5

10

15

20

débi

ts (m

3/s)

E2-112 pluies 3E-048 débits

Lucie CLAVEL, 2002Les calculs des précipitations quinquennales sont faits à partir des relevés des points E2-

112 et E2-140 pris à coefficient 0,5 sur les périodes ou les données des deux points existent.

b) Conséquences sur le sous bassin de l'Alto Tietê Cabeceiras

Le sous bassin versant présente les même caractéristiques pluviométriques que les deux points étudiés précédemment dans celui-ci. Globalement, la présence de la serra do Mar et de l’agglomération de São Paulo entraîne une augmentation progressive des précipitations. La Serra do Mar au sud, barrière orographique entre l’Océan et le sous bassin provoque une augmentation de la pluviométrie par condensation de l’air marin. La ville de São Paulo augmente les précipitations en jouant le rôle d’île de chaleur créant un champs de précipitations autour de l’aire urbaine.

Néanmoins, il est intéressant d’étudier l’impact du contrôle des crues sur la totalité du sous bassin. Le graphique ci-dessous présente le régime des débits du Tietê au point 3E-052 à Suzano (surface de drainage 1337 km²).

Figure 10 : Régime des débits au pont 3E-052 avant et après contrôle des crues

0

10

20

30

40

50

60

octobre novembre décembre janvier février mars avril mai juin juillet août septembre

débi

ts (m

3/s)

1966 1981 1984 Lucie CLAVEL, 2003


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3.3.2 La ressource superficielle transformée par l’homme

a) Ponte Nova : l’écrêteur de crues

Le réservoir de Ponte Nova est le premier à avoir été implanté dans le sous bassin de l'Alto Tietê Cabeceiras, il a été rempli en 1974. D'une capacité de 300.106 m3, c'est le seul réservoir du bassin a être destiné à la prévention des crues. En effet, son volume est le triple de celui des deux autres réunis : Réservoir Taiacupeba 30.106 m3; Réservoir Jundiai 60.106 m3. L’étude du régime des débits est effectuée au point 3E-048 placé au réservoir ponte Nova, d’une surface de drainage de 358 km².

Figure 8 : précipitations quinquennales et débits dans le bassin drainé au réservoir Ponte Nova avant le contrôle des crues

1968

0

50

100

150

200

250

300

350

400


préc

ipita

tions

(mm

)

0

5

10

15

20

débi

ts (m

3/s)

pluies E2-112 débits 3E-048 Lucie CLAVEL, 2002

On remarque que le régime du Tietê s'est stabilisé depuis la politique de contrôle des

crues, il ne sort que rarement des limites 5 m3/s - 10 m3/s. Les gestionnaires stockent le pic des débits de la saison pluvieuse et le redistribuent en saison sèche. La baisse de débit observée en février 1990 est sans doutes due aux fortes précipitations du mois de janvier précédant : lorsqu’il pleut beaucoup, le bassin sédimentaire25 aval se gorge et joue le rôle de réservoir pour les gestionnaires. De plus, le réservoir Ponte Nova étant bien en amont du bassin, il ne retient pas l’écoulement produit en aval.

25 ou várzea


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Les points de la carte précédente, sont ceux dont les données sont en ligne sur le site du SIGRH. Ceux-ci sont des points dont les données sont privées.

A partir des données du point E3-231 situé dans la zone de drainage du Rio Biritiba

Mirim, il a été possible de reconstituer le comportement hydrologique naturel de la zone. En effet, il existe un barrage sur le cours d’eau, mais celui-ci n’est pas encore exploité, les débits du cours d’eau fonctionnent donc à l’état naturel.

Figure 7 : Précipitations quinquénales et débits sur le Rio Biritiba Mirim

0

50

100

150

200

250

300

Octobre

Novembre

Décembre

Janvie

r

Févrie

rMars

Avril

MaiJuin

Juillet

Août

Septembre

préc

ipita

tions

(mm

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

débi

t (m

3/s)

humide sèche Moyenne des débits minimaux Débit moyen Moyenne des débits maximaux

Lucie CLAVEL, 2002

L'année hydrologique commence en octobre et termine en avril. On observe des débits de crue du mois d'août au mois de février avec un plus fort taux

d'accroissement en décembre janvier et février. A partir de cette période, la décrue s’installe de manière constante.

On observe la même tendance de comportement pour la totalité du bassin versant. (voir point de collecte E2-053 Rio Abaixo)

Calcul des pluies quinquénales

A partir de deux points (E2-231 et E2-232) de collecte de l'Etat de São Paulo situés tous les deux dans la surface de drainage du Rio Biritiba Mirim. Les précipitations mensuelles de chacun des deux points sont affectées d’un coefficient 0,5.

Cacul des débits

Données des débits maximaux, minimaux et moyens mensuels du point de collecte 3E-007 de l'Etat de São Paulo. Ce point de collecte possède une aire de drainage de 91 km2.

De plus, la SABESP dispose des données de précipitations et débits reconstitués sur 63

ans par le Consórcio Hidroplan pour l’usage du MOSSIM-P32.


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3.3 DONNEES Les données permettent d’avoir une idée quantitative des processus physique ayant lieu

dans le bassin versant, elles complètent la description qui en est faite dans les travaux de recherche et leur utilisation dans les modèles.

3.3.1 Le comportement hydrologique Le gouvernement, par le biais du SIGRH (Sistema Integrado de Geranciamento de

Recursos Hídricos, Système intégré de gestion de la ressource en eau) dispose de données de pluies et débits sur l'ensemble de l'Etat. Ces données permettent d’apréhender et d’analyser l’impact de la mise en place de la prévention des crues du Tietê dans le sous bassin.

Cartes 9 : Le sous bassin de l'Alto Tietê abeceiras et ses points de collecte de pluies24

(Cf. annexe 3)

Lucie CLAVEl, 2003

24 Les points de collecte rouges correspondent à des points initialement mentionés sur la carte ou replacés d’après les coordonnées. Les verts correspondent à ceux qui replacés d’après les coordonnées ne trouvent pas un emplacement cohérent.

Plano de Bacia,2000


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Tableau 7 : Les facteurs de l'eutrophisation

Lucie CLAVEL, 2002 La définition de ces facteurs, permet d’anticiper l’évolution de l’eutrophisation des eaux

sans pour autant disposer de données très précises, Cependant, elle ne permet pas la quantification de cette eutrophisation.

Eutrophisation

Augmentation de l’érosion Régression des várzeas Augmentation des rejets organiques

Déforestation ; Agriculture : pratiques agricoles provoquant une forte érosion (cf mya); Fonction physique de l’urbanisation : constructions routes et chemins de fer ; Fonction physique de la gestion de l’eau : construction de canaux qui accélèrent l’arrivée des éléments chimiques aux réservoirs

Agriculture sur várzea ; Urbanisation sur várzea (moins probable ou exclusivement lotissements illégaux) Aspects physiques gestion de l’eau : construction réservoir en amont de la várzea, construction de canaux qui réduisent l’entrée d’eau dans les várzeas.

Urbanisation : augmentation des déchets liquides si il n'y a pas de traitement des eaux usées ; Urbanisation : augmentation des déchets organiques solides ; Agriculture : élevage


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développement de phytoplancton; ou supérieurs : développement de macrophytes. Cette vie a un impact sur la qualité de l’eau, elle se caractérise par une baisse de la teneur en oxygène :

• Augmentation des variations journalières du taux d'oxygène dissout dans le corps d’eau

• Augmentation de la demande biologique en oxygène (DBO) : pour parvenir à leurs besoins, les végétaux plus nombreux, consomment plus d’oxygène\

• Augmentation de la demande chimique en oxygène (DCO) : ces organismes plus nombreux meurent plus nombreux ce qui augmente les besoin s en oxygène pour l’oxydation du carbonne.

• Augmentation du taux de sédimentation vectrice de pollution pour les eaux souterraines.

Indirectement, l'eutrophisation a un impact sur l'activité économique de

l'environnement. Celle-ci augmente les coûts de traitement pour l'approvisionnement. Elle engendre une baisse de la qualité des sols, donc une baisse des rendements agricoles ou une augmentation de l'utilisation d'intrants. Elle entraîne aussi une augmentation des maladies donc des coûts sanitaires, et une disparition de certaines activités touristiques sur les plans d'eau. Ces deux derniers effets sont très peu observables dans le sous bassin.

d) Trois facteurs quatre responsables L’augmentation d’éléments nutritifs N (NO3) et P dans ce sous bassin est due à :

• La perte de ces éléments présents naturellement dans le sol par augmentation de l’érosion qui fait perdre au sol son potentiel de rétention des éléments chimiques. (pratiques culturales, constructions de routes voies ferrées, déforestation);

• L’augmentation des rejets organiques; • Le recul des várzeas, éléments naturels de traitement de l’eau : en effet, les

várzeas jouent un rôle clé dans la dénitrification de l’eau. Il est possible de définir dans l'Alto Tietê Cabeceiras, quatre responsables agissant tous

sur les trois facteurs de l'eutrophisation : l'urbanisation, l'agriculture, l'approvisionnement en eau potable et la déforestation étroitement liée aux trois responsables précédant.


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Carte 7 : localisation des rejets de résidus solides industriels et domestiques (points rouges)

Hirata, Foster, 2001, Instituto de Geociências

Hirata, Foster, 2001, Instituto de Geociências

Carte 8 : Indice de charge contaminante potentiel utilisé pour l'assainissement

Dans le sous bassin, l’aquifère sédimentaire semble préservé de contamination

industrielle comme domestique. Seule la zone proche de São Paulo est atteinte sérieusement et risque d’empirer. Sur le reste du sous bassin, la politique de contrôle de Manaciais empêche toute augmentation de contamination industrielle. Ce n’est pas le cas de la pollution domestique, celle-ci risque d’augmenter avec l’implantation des quartiers illégaux dans ces périmètres protégés, par exemple à Salesópolis et Suzano (entourés en vert), ou dans les communes comme celle de Biritiba Mirim où aucun traitement des eaux n’est effectué (entouré en rouge).

3.2.4 La pollution des eaux superficielles L’IIE (Instítuto Internacional de Ecologia, Institut International d’Ecologie) travaille

principalement sur la pollution des lacs et des réservoirs. Ses travaux sur l’eutrophisation ne sont pas moindres, complétés par les données de la CETESB (voir Données page suivante), ils nous renseignent bien sur la qualité des eaux du sous bassin et leur avenir.

Le principal impact de l'occupation anthropique d'un bassin versant est l'eutrophisation

des eaux à vitesse limitée. Dans les bassin versants très urbanisés, on peut aussi observer des eaux toxiques et acidifiées, mais le sous bassin n'est pas sujet à ce type de pollution.

c) définition L'eutrophisation est due à l'augmentation de la teneur en éléments azotés (N) et

phosphorés (P) de l'eau. Cet enrichissement de l’eau en éléments organiques nutritifs entraîne le développement soudain de plantes aquatiques. Ces algues peuvent être microscopiques :


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Tableau 5 : La recharge aquifère du Bassin versant de l’Alto Tietê et du sous bassin de l’Alto Tietê Cabeceiras

bassin Surface totale (km2)

Surface urbaine (km2)

Recharge zone rurale (Mm3/an)

(*1)

Recharge zone

urbaine (Mm3/an)

(*2)

Recharge par fuites (Mm3/an)

(*3)

Recharge totale

(Mm3/an)

Recharge totale (mm)

Cabeceiras 1694 350,8 476,84 23,5 66,88 567,22 335 Alto Tietê 5895 2064 1359,65 138,31 535,51 2033,46 345

HIRATA, 2001, Plano de Bacia (*1) recharge naturelle sans occupation du sol, 335 mm/an (*2) moyenne des valeurs 67 mm/an de Iritani (1993) et Menegasse-Velasquez (1996) (*3) fuites du réseau public (64 m3/s ou 343 mm/an) et recharge naturelle en zone urbaine (67 mm/an) Note : Rebouças (1992) montre que la conductivité hydraulique varie en fonction du profil d’altération de la roche saine : le tiers supérieur de ce profil d’altération possède des conductivités hydrauliques très faibles (1.10-6 à 1.10-7 m/s), tandis que dans le tiers inférieur elles sont très fortes 51.10-3 à 1.10-4

Tableau 6 : Potentiel hydrique souterrain du bassin versant de l’Alto Tietê : valeurs des réserves permanentes et régularisées des aquifères de l’Alto Tietê Cabeceiras

Transmissivité (Q/s, m3/h/m) Aquifère Aquifères proposés Nombre de puits étudiés

Profondeur moyenne des puits

(m)

Débit moyen (m3/h) Moyenne médiane Déviation

moyenne

São Paulo (Osp) 17 129 9,51 0,48 0,49 1,20 Sédimentaire Récent (Orl, Orf) 111 165,5 15,24 0,91 0,31 0,79 Roches granitiques (P∈f, P∈g, P∈go, P∈gn)

90 198,5 9,07 0,20 0,09 0,39 Cristallin

Roches métasédimentaires (P∈a, P∈q, P∈x)

73 176,4 17,48 1,35 0,29 4,63

HIRATA R.C.A. 2001, Plano de Bacia

3.2.3 La pollution de l’aquifère

Foster et Hirata ont également défini une classification des activités émettrices d erésidus solides nuisibles pour l’aquifère. Bien que cet aquifère soit très connu physiquement (seuls Hirata et son équipe y ont travaillé), la charge polluante et les risques de pollution sont estimés sur tout le bassin versant de l’Alto Tietê.


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b) 81 % de l’agriculture périurbaine irriguée dans le sous bassin

L’économie de la Région Métropolitaine de São Paulo est essentiellement basée sur les biens industriels et les services, son PIB s’élève à 18 % du PIB brésilien. Le sous bassin est encore bien préservé de l’urbanisation et de l’industrialisation de cette zone et offre ainsi un large potentiel dans le domaine des productions agricoles périssable. Les recherches effectuées pour le Plano de Bacia montrent que 81 % de l’agriculture irriguée du bassin a lieu dans le sous bassin. Cette agriculture, accusée de consommer autant d’eau que les domestiques de polluer la ressource, survit car elle est indispensable à la ville de São Paulo. Elle est familiale et ducoup très sensible aux répressions financières ou politiques qui peuvent avoir lieu dans la région.

3.2.2 Caractérisation hydrogéologique

L’IPT dispose d’une description géologique précise du bassin versant. Celui-ci repose sur un sous-sol cristallin imperméable dont l’épaisseur altérée varie de 40 à 100 m. Ce socle contient un aquifère cristallin peu productif et ponctuel, c’est un aquifère de fractures.

José Moacyr Vianna Coutinho caractérise la sédimentation qui a eu lieu sur ce socle comme une succession de couches argile et sable, les couches sableuses marquant les anciens lits du rio Tietê. Les études concernant les eaux souterraines ont été réalisées essentiellement par l’Instituto de Geosiencias sous la direction de Ricardo Hirata. L’aquifère sédimentaire est le seul qui soit utilisé dans le sous bassin. C’est un système hydrauliquement fermé, libre à semi-confiné et de porosité primaire assez hétérogène. (Hirata, Ferreira). Il est entièrement contenu dans la formation sédimentaire supérieure. Il est caractérisé par un déplacement vertical, lent de l’eau dans les couches argileuses et un drainage horizontal et rapide dans les couches sableuses.

Figure 6 : Modèle de recharge du Système Aquifère Sédimentaire dans le bassin versant de l'Alto Tietê

Lentes de areia : couches de sable; Lamitos : limons; Embasamento cristalino : sous sol cristallin; Area de recarga : aire de recharge; Area de descarga : aire de décharge; Até 200 m (media 100 m) : jusqu'à 200 m (moyenne 100 m)

HIRATA, 2000, Plano de Bacia

Il n’existe aucun piézomètres dans le sous bassin, la recharge aquifère a été estimée à partir des puits exploités dans la zone, 55 d’après le Plano de Bacia. Nous verrons plus tard leurs implantations et leurs usages.


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3.2 TRAVAUX DE RECHERCHE

Les travaux de recherche existants permettent d’appréhender un effort de synthèse déjà effectué sur la zone et le sujet.

Le Plano de Bacia et le Consórcio Hidroplan, peu synthétiques, se complètent dans l’analyse de la situation économique et environnementale de la ressource en eau dans le bassin versant de l’Alto Tietê. Les deux ont été réalisés dans l’objectif d’intégrer la gestion de l’eau dans la région Métropolitaine de São Paulo. Le Plano de Bacia, à l’initiative du Comité de Bassin décrit plus les aspects sociaux de la zone, tandis que le Consórcio Hidroplan, rédigé par le DAEE en vue de réaliser de nouvelles infrastructures s’attache plus à la description physique du bassin versant.

3.2.1 Caractérisation socio-économique de la zone

a) Accroissement démographique périphérique Les travaux de recherche du Plano de Bacia et de l’IBGE montrent que l’accroissement

de la population s’effectue essentiellement en bordure de la ville de São Paulo, qui elle présente des taux d’accroissement bien souvent négatifs. Cet accroissement n’est pas homogène, les classes les plus aisées s’installent près de la ville tandis que les zones plus éloignées reçoivent des populations à faibles revenus. En effet, les plus démunis n’ont pas les moyens de s’installer proche des zones porteuses d’emplois.

Carte 6 : Accroissement démographique du sous bassin entre 1991 et 1996

IBGE – Censo

Demográfico. 1996

Cet accroissement délocalisé des populations à faibles revenus augmente la dégradation de l’environnement car elle touche des zones encore préservées de l’habitation humaine. De plus, ces « quartiers illégaux » sont dépourvus de tout système d’assainissement. Le sous bassin qui s’étend jusqu’à 100 km de São Paulo est touché par ce phénomène jusqu’à Biritiba Mirim comme le montre cette carte.


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Avant de présenter les résultats de ce travail, il semble nécessaire d’établir un inventaire

des connaissances existantes : les travaux de recherche pourront permettre de justifier certains processus ; les données sont indispensables à l’implantation de tout programme ; l’existence de modèles pourra servir de guide dans la définition des principes ; enfin la rencontre de personnes ressource est toujours intéressante.

3 REVUE DES CONNAISSANCES EXISTANTES

3.1 LES DOCUMENTS CLEFS

a) Le Consórcio Hidroplan

En 1995, dans ce soucis d’intégration de la gestion de la ressouce de la RMSP, le Gouvernement de l’Etat de São Paulo commande au Département des Eaux et de l’Energie Electrique (DAEE - Departamento das Águas e Energia Eletrica) un état des lieux de la ressource et l’usage de l’eau dans le bassin versant de l’Alto Tietê. La rédaction du Consórcio Hidroplan fait partie du Plano de Aproveitamento Integrado (Programme d’Approvisionnement Intégré). Il décrit les aspects sociaux, économiques et naturels du bassin versant et reconstitue les chroniques de débit de ses cours d’eau sur 63 ans.

b) Le Relatorio 0 dos Recursos hídricos : Plano de Bacia

Réalisé en 2000 par le comité du bassin versant, le Relatorio 0 est le premier Plano de Bacia (Plan de bassin), un document élaboré tous les quatre ans afin de déterminer un plan de financement et de définir les objectifs des comités et sous comités. Il établit une synthèse des Sumarios Executivos (Sommaires Executifs), rapports annuels du Comité.

Il dresse un inventaire plus qualitatif du bassin versant de l’Alto Tietê. Tous les acteurs de l’eau ont participé à son élaboration étant donné que les comités et sous-comités doivent représenter les trois parties. Ce rapport présente un large éventail de cartes du bassin versant. Il dresse un bilan qualitatif des différents aspects du bassin versant : milieu physique, biodiversité, caractères socio-économiques avant de focaliser sur la ressource et les usages en eau : eau superficielle, souterraine, usages, demande ; disponibilité et qualité.

Ce document a l’avantage de présenter les caractéristiques du bassin versant sans forcément les relier à la ressource et aux usages en eau, par exemple on y trouve l’historique de l’industrie. Il néglige cependant certains aspects relatifs à cette ressource qui seraient important pour la compréhension des enjeux sur cette ressource : il néglige particulièrement la description des conflits liés à l’usage de l’eau dans le bassin versant.


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i) Analyse du terrain et redéfinition des principes

Par la suite, l’étude du terrain dans sa réalité s’est imposée. Il s’agissait d’obtenir le maximum de connaissances sur la ressource et les usages intervenant dans cette région.

Plusieurs sources d’information furent à exploiter : non seulement les travaux de recherches existant sur la zone et dans le domaine d’étude, mais en plus l’établissement de contacts avec des personnes intervenant au jour le jour sur ce terrain.

Dans un premier temps, la réunion de références bibliographiques a permis

d’approfondir les connaissances sur la zone et de récupérer des données pour pourvoir le modèle. Pour vérifier ces connaissances, l’entretien avec des personnes ressources des différents organismes locaux était intéressante, pour la critique des choix de formalisation déjà établie comme pour la collecte d’autres données.

A partir de cette connaissance du terrain, il fallut redéfinir les bases de cette

formalisation. La connaissance des modèles hydrologiques existant sur cette zone était capitale afin de savoir quels principes et hypothèses déjà utilisés étaient pertinents. Dans cette étape s’est effectuée la réunion d’un maximum de données utilisées ou non dans les modèles existant, ces données permettant l’implantation future du modèle. Cette connaissance s’est faite à partir de personnes ressources essentiellement : des concepteurs et des utilisateurs des programmes.


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Les systèmes multi-agents Les systèmes multi-agents représentent un nouveau champ de formalisation utilisant le

langage orienté objet. La base de cette formalisation est la représentation d’agents (acteurs) individuels qui sont chacun des noyaux de décisions. Comme le dit Faber (1995) : « Un agent envoie, décide, communique et agit ».

Les systèmes multi-agents ont deux spécificités : Les règles des modèles sont orientées par les comportements sociaux des agents et non

par des modèles physiques ou mathématiques ; Le comportement d’un groupe d’agent (société…) réside dans la somme des

comportement de chaque agent. La recherche sur ce type de systèmes a commencé il y a 20 ans. Il existe aujourd’hui

plusieurs exemples d’utilisation des multi-agents : Gestion industrielle, particulièrement dans le trafic aérien ; Simulation et analyse des nouveaux systèmes d’information fixes ou mobiles surle

développement des activités d’une région ; Migrations urbaines ; Banc de poissons ; Dynamique du carbone ; Hydrodynamique et structure des sols.

La plate-forme Cormas La plate-forme Cormas est un instrument de modélisation adapté à la représentation des

comportements des sociétés dans la gestion des ressources renouvelables, c'est-à-dire qu’elle permet de simuler la coordination et les interactions entre des individus et des groupes d’individus qui exploitent des ressources naturelles en commun.

Elle articule dans l’espace : Des règles sociales : processus sociaux et humains ainsi que la diversité des intérêts

humains : du comportement individuel aux processus institutionnels ; Des modèles biophysiques : la dynamique naturelle d’un ou plusieurs processus

physique est un système complexe qui dépend de différentes ressources et espèces, elle peut se traduire par des modèles mathématiques et probabilistes à plusieurs échelles spatiales ou temporelles ;

Un système maillé : La plate forme Cormas permet de diviser un espace en mailles afin de représenter la variabilité du terrain (les mailles sont de forme raster pixel).

Avec ces acquis et une connaissance exclusivement bibliographique du bassin versant

d’étude, il était d’ores et déjà possible de proposer des principes grossiers de formalisation.


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leurs champs : données ou attributs liées à l’objet qui représentent leur aspect statique, certains champs sont fixes, d’autres peuvent changer de valeur. Chaque champ possède un type défini, qui peut être nombre, mot etc…;

et leurs opérations : faculté de la classe à agir ou interagir avec une autre classe d’objet, celle-ci traduisent l’aspect dynamique de la classe.

Une classe peut définir des sous-classes qui auront en plus de ses propriétés (champs et opérations), des éléments propres à cette sous classe. De même, une classe peut être la somme de plusieurs autres classes.

Une classe est un ensemble d’objets de même type, c'est-à-dire que chaque objet possède une identité qui le distingue des autres objets de la même classe. Pourtant celui-ci est conforme à la description de sa classe : il admet une valeur personnelle pour chacun des champs déclarés dans sa classe ; il peut aussi effectuer chaque opération définie dans cette même classe.

L’approche UML permet d’après des codes de représenter, ces classes, sous classes et leurs interactions.

Exemple 1 : Classe et instance

Exemple 2 : Classe et sous classe

Personne Nom Date de naissance Manger

Personne 1 Dupont 23/12/1957

Personne 2 Durand 13/02/1981 Manger

CLASSE

INSTANCES DE LA CLASSE Personne

Manger

Personne Nom Lieu de travail Aller au travail

Etudiant Lieu de scolarité Etudier

Etudiant 1 Clavel 18/05/1980 ISTOM Manger Etudier

Etudiant 2 Pondaven 18/06/1980 ISTOM Manger Etudier

CLASSE et SOUS CLASSE

INSTANCES DE LA CLASSE Etudiant


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bassin versant. En limitant le nombre de processus à formaliser, elle sert de support de formalisation..

La deuxième est la formalisation proprement dite de la compréhension du terrain. C’est à cette étape que sont définies les hypothèses et principes de formalisation.

2.3.2 Démarche

g) Appropriation des modèles hydrologiques

Dans un premier temps, l’objectif fut donc de s’approprier les processus hydrologiques génériques à tout type de surface et de bassin versant, ainsi que les différents types de modèles qui existent pour les représenter.

La base de l’hydrologie de bassin versant est le bilan hydrique, répartition des précipitations entre évaporation, infiltration et écoulement. Les grandeurs des termes de ce bilan dépendent des caractéristiques physiques du terrain : pente, sols, végétation, sous sol etc…

Il existe plusieurs types de modèles23 pour reconstituer ce bilan : Modèles déterministes à base physique ou paramétrique : modèles qui à partir de

variables d’entrées, de variables de forçages et de paramètres (décrivant le terrain) retournent une seule valeur d’un ou plusieurs termes du bilan en utilisant des équations physiques pour les modèles physiques, ou des équations callées sur le terrain pour les modèles paramétriques.

Modèles stochastiques : le modèle retourne selon un modèle probabiliste la valeur d’un des termes du bilan à partir d’une variable aléatoire. La variable aléatoire est souvent une chronique de pluie ou de débit.

Une fois ces principes assimilés, l’intégration des outils proposés pour cette

formalisation était indispensable.

h) Appropriation des outils de formalisation

L’idée pour proposer les bases de la formalisation du jeu de rôle était d’utiliser des diagrammes UML (Unified Modelling Language) afin de décrire les objets à définir sur la plate forme Cormas.

Le langage objet et l’approche UML Aujourd’hui, la majorité des logiciels de programmation sont basés sur le langage objet.

La représentation UML est une représentation visuelle des objets à partir de laquelle il est possible d’implanter un programme sous n’importe quel logiciel de programmation orienté objet.

Le langage objet permet de définir des classes d’objets avec :

23 Attention, un modèle n’est pas forcément informatique, c’est d’abord un outil, une démarche, pour représenter des processus, ici hydrologiques.


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L’utilisation d’un cas réel de bassin versant est indispensable. Par des exemples concrets, elle permet de justifier les principes et hypothèses de formalisation génériques à tout bassin versant et spécifiques à un cas particulier.

2.2.2 La contrainte

Il existe de nombreux modèles déterministes et conceptuels qui représentent des dynamiques hydrologiques ou hydrauliques. Ces modèles s’appuient sur des règles mathématiques dans le cas des modèles déterministes ou sur des calculs de probabilités quand ils sont conceptuels.

Les SMA, quant à eux, permettent de modéliser des mondes virtuels en faisant participer leurs différents agents. Pour formaliser les comportements sociaux de ces agents, ils ne fonctionnent pas par des règles mathématiques, mais par la définition de conditions qui entraînent des comportements. Le résultat du comportement de la société sera la somme des comportements de tous ses individus ou groupes d’individus. La plate forme Cormas permet de représenter l’impact de ces comportements sur des ressources naturelles ponctuelles ou localisées.

La ressource en eau est diffuse et continue. Quels principes et hypothèses de formalisation des processus hydrologique permettraient une articulation avec l’utilisation des SMA tout en restant réaliste et pertinente ?

Cette démarche consiste à faire des choix subjectifs de formalisation : choix d’un pas de temps, choix des processus à représenter, choix des usages déterminants… En effet, une formalisation dépend de la vision de la personne qui la propose et est toujours basée sur des simplifications de la réalité. Il est essentiel, dans cette simplification de justifier ses choix afin que d’autres puissent les comprendre et les modifier au besoin.

2.3 METHODOLOGIE, DEMARCHE

2.3.1 Méthodologie

La formalisation consiste à proposer, ou admettre, des principes et hypothèses, utilisables dans un programme afin de représenter un nombre limité de processus. Après avoir défini les processus à représenter, ici hydrologiques, et les différentes manières de les formaliser, il est nécessaire d’identifier un support physique de formalisation.

La formalisation hydrologique consiste à faire un inventaire dans un premier temps de la ressource en eau, puis d’y superposer un inventaire des usages de l’eau. Cette démarche permet d’établir un bilan des entrées et des sorties du modèle.

Avec l’exemple du sous bassin versant de l’Alto Tietê Cabeceiras, cette identification de la ressource et des usages s’effectue en deux étapes.

La première, base de la représentation de la ressource et des usages, consiste en un

inventaire et une compréhension, les plus fidèles possible, des processus intervenant réellement dans ce sous bassin. Elle dégage les principaux processus ayant un impact sur l’hydrologie de ce


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Les différents organismes concernés se proposent de mettre en place une procédure permettant de comprendre les aspects sociaux de l’évolution l’occupation des sols à plusieurs échelles et dans plusieurs contextes socio-économiques. Parallèlement à cette étude, leur objectif est de réaliser un de jeu de rôle qui, suite à la réalisation de cette procédure, serait adaptable à n’importe quel bassin versant.

La formalisation de ce jeu de rôle s’appuiera sur la plate forme CORMAS, système multi-agent développé par le CIRAD. Elle établira les bases d’un nouvel axe de réflexion scientifique et sociale dans le domaine de la modélisation : comment articuler la formalisation des comportements sociaux et de la dynamique hydrologique dans un même outil type jeu de rôle ?

2.2 OBJET D’ETUDE La plate forme Cormas est destinée à la gestion des ressources renouvelables mais n’a

encore jamais été utilisée pour la ressource en eau. Plusieurs centre de recherche participent actuellement à l’adaptation de la plate forme à la ressource en eau : principalement l’IRD, le CIRAD et le CEMAGREF. Ces recherches se font à différentes échelles : celle de l’exploitation agricole, celle de la parcelle, celle du bassin versant, etc.

2.2.1 Les Objectifs

L’objectif principal de cette étude sera de proposer les bases de la formalisation hydrologique sur la plate forme Cormas22 pour la conception du jeu de rôle, sans se préoccuper des agents de la plate forme. Ce travail consiste à cerner les processus hydrologiques déterminant la disponibilité de l’eau quantitativement, qualitativement, spatialement et temporellement ; puis à déterminer les usages déterminant de la même manière cette disponibilité de l’eau ; et enfin proposer les formalismes qui pourraient coupler ces processus physiques et humains dans un seul modèle de fonctionnement hydrologique. Cette étude pourra ensuite servir de support de discussion entre hydrologues et sociologues sur l’intégration de modèles hydrologiques dans des modèles sociaux d’occupation des sols.

L’exemple du sous bassin de l’Alto Tietê Cabeceiras sera utilisé comme support

physique de cette représentation. Ce choix correspond aux attentes du projet. Premièrement, il se situe en amont de São Paulo et correspond aux limites naturelles d'un bassin versant. De plus, ses limites sont institutionnelles, il fait partie des six sous bassin de l'Alto Tietê et est représenté par un sous comité. Dernière des attentes du projet, le sous bassin contient 81% de l'activité agricole du bassin de l'Alto-Tietê.

Cette étude implique l’appropriation des différents processus hydrologiques et des

différents moyens de les formaliser. La compréhension du fonctionnement des systèmes multi-agents elle aussi est essentielle afin de d’établir des articulations entre les deux représentations.

22 Cormas est une plate forme multi-agent destinée à la gestion des ressources renouvelables. Aucun modèle n’y a encore été développé sur la gestion de la ressource en eau.


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La complexité institutionnelle et organisationnelle du sous bassin, ainsi que toute la dynamique d’occupation du sol liée à la protection des Mananciais et ses conséquences justifient les objectifs de NEGOWAT. Par conséquent, elles justifient l’importance de la définition de principes de formalisation purement hydrologiques, mais adaptables aux SMA.

2 PRESENTATION DU PROJET ET DEMARCHE

2.1 CADRE DE RECHERCHE

2.1.1 Cadre institutionnel

C’est le projet “Facilitating Negociation over Water Conflicts in Latin-American Periurban Upstream Catchments combining Multi-Agent Modelling with Role Game Playing” (NEGOWAT), financé partiellement par la Commission Européenne, que la Fundação da Amparo à Pesquissa do Estado de São Paulo (Fond de financement à la Recherche de l’Etat de São Paulo) a accepté de cofinancer pour l’intervention de différentes unités de recherche brésiliennes et européennes :

Le CIRAD TERA : Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le développement ;

L’IEA-USP : Instituto de Estudos Avançados da Universidade de São Paulo ; APTA: Instituto de Economia Agricola da Agencia Paulistana de Tecnologia e

Agronegocios; UNICAMP/IE/NEA: Nucleo de Estudos Agrarios-Faculdade de Economia-Universidade

de Campinas; IIE: Instituto Internacional de Ecologia; POLIS: instituto POLIS; Comission Européenne NRI (Natural Resources Institute); UMSS (Centro-Andino para

la gestion y el uso da agua); CERES (Centro de estudo de la realidad economica e social).

f) Les Objectifs de NEGOWAT

L’objectif de ce projet est de mettre en place des méthodes systématiques d’analyse de la gestion du foncier puis des outils qui faciliteraient les négociations autour l’occupation des sols et la gestion de l'eau dans les bassins versants périurbains des grandes agglomérations d’Amérique Latine. C'est-à-dire que dans les zones de conflits sur l’usage des sols et la ressource en eau il cherche à réunir tous les niveaux de la société (institutionnel, politique, économique et individuel) autour des mêmes outils et démarches.


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e) Les industrie et le pompage dans la nappe

D’après le Plano de Bacia, le débit total utilisé par les industries dans le sous bassin est de 4,96 m3/s, 4,79 m3/s sont utilisés moyennant une redevance à des services publics, et 0,17 m3/s sont prélevés sans paiement de droits. Sur ces 4,79 m3/s, 3,61 sont captés directement par les industriels, ce qui ne les empêche pas de payer les redevances aux services publics.

Le modèle d’allocation de la ressource en eau utilisé par la SABESP (Modsim-P32)

considère deux foyers de demande industrielle dans le sous bassin : Un foyer situé entre le Jundiai et le Taiaçupeba prélevant un débit de 0,70 m3/s ; Le captage de 1,4 m3/s à l’aval du réservoir Taiaçupeba par la Cia. Suzano de Papel e

Celulose (Compagnie Papetière de suzano). La présence d’eucalyptus dans le sous bassin est très favorable à l’implantation d’industries de papier, très consommatrice et pollueuses d’eau.


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Figure 4 : Coupe du Système Producteur de l'Alto Tietê

Relatorio Diagnóstico, 2000

Réservoir Ponte Nova C’est le réservoir qui fait office de lieu de stockage, il possède en effet une réserve de

300 millions de m3 et une surface de drainage bien supérieure à celles des autres. En règle générale, il sort 6 m3/s de ce réservoir qui se jètent dans le Rio Tietê ; En cas de fortes pluies, les gestionnaires réduisent ce débit car les usagers avals (dont ils font partie) ont de l’eau disponible dans la suite de l’écoulement. De plus Ponte Nova est le seul réservoir destiné à gestion des crues dans le SPAT, donc quand il pleut, c’est celui là qu’on ferme.

La station de pompage

Figure 5La station de pompage de Biritiba Mirim

La station est une infrastructure mise en service en 1999 exclusivement pour l’approvisionnement en eau potable. Elle pompe 6m3/s d’eau dans le Rio Tietê, en aval de Ponte Nova, qu’elle retransmet au futur réservoir de Biritiba Mirim celui_ci étant relié par des tunels et canaux aux réservoirs Jundiai puis Taiaçupeba. (cf figure 8) Elle contribue cependant au contrôle des crues étant donné que quand il pleut, le gestionnaire explique qu’il réduit la sortie de Ponte Nova car il compte sur la Várzea pour pomper un débit de 3 m3/s et le reste dans les eaux de surface.

DAEE, 2000, www.DAEE.gov.br

Réservoirs jundiai et Taiaçupeba Ils sont considérés par le DAEE ou la SABESP comme un seul réservoir. Leur capacité

est 100 millions de m3, soit 65.106 m3 pour le réservoir Jundiai et 35.106 m3 pour le réservoir Taiaçupeba. De plus, le temps de transfert de l'un à l'autre est très court. D'après l'ingénieur Myia du DAEE, l'eau met un jour à se déplacer d'un réservoir à l'autre. Ainsi, la SABESP compte sur les réserves de ces deux réservoirs pour traiter 10,5 m3/s destinés à l'approvisionnement de la RMSP.

http://www.DAEE.gov.br


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La demande réelle Dans la réalité, le sous bassin versant de l’Alto Tietê Cabeceiras approvisionne bien plus

que les communes qui le constituent. On peut distinguer 5 demandes dans ce sous bassin versant.

les communes autonomes Tout d’abord, trois communes sont autonomes en ce qui concerne l’approvisionnement : La commune de Salesópolis prélève 22 L/s (0,022 m3/s) d’eau dans le fleuve Tietê en

amont du réservoir Ponte Nova et les rejète dans le Rio Paraitinga. La commune de Biritiba Mirim prélève et rejète dans le Rio Tietê 103 L/s (0,103 m3/s,

prévision 2000, SABESP, 1995). La commune de Mogi das Cruzes par son organisme municipal prélève en moyenne 750

L/s (0,750 m3/s)en deux points du Rio Tietê situés en amont de la ville : l’un à la limite de la commune (0,250 m3/s) l’autre à 4500 m en amont (0,500 m3/s). Le SEMAE dessert ainsi 60 % des besoins de la ville dans le secteur de Vila Nova.

Le SEMAE rachète aussi 0,450 m3/s à la SABESP, qu'il se charge de distribuer aux 40 % restant de la ville dans le secteur plus industrialisé de Braz Cubas.

le système intégré à la RMSP Le reste de la commune de Mogi das Cruzes et les autres communes du sous bassin

versant sont approvisionné par le système d’approvisionnement intégré à la Région Métropolitaine de São Paulo. Ce système intégré est divisé en deux demandes dans le sous bassin versant de l’Alto Tietê Cabeceiras :

Le système Rio Claro Le Sistema Rio Claro (système Rio Claro) produit 4,3 m3/s d’eau pour le système

intégré. Il prélève ce volume d’eau sur le ribeirão Claro, affluent du Rio Tietê en amont du réservoir Ponte Nova.Quand ce système ne dispose pas naturellement de 4,3 m3/s d'eau à traiter, les eaux du Rio Cubatão sont détournées du bassin versant opposé.

Le système producteur de l’Alto Tietê Le système producteur de l’Alto Tietê est plus complèxe, il regroupe trois réservoirs

disposés chacun sur un cours d’eau différent. Et utilise un système de pompage, d’élévation et de canalisation pour relier les deux premiers barrages au troisième. Ainsi, il est capable de produire 10,5 m3/s d’eau destinée à l’approvisionnement des autres communes du sous bassin versant et également de la zone est de la ville de São Paulo.


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Lucie CLAVEL, 2002

L’irrigation en encostas En encostas, l’agriculture irriguée est moins généralisée. En plus du maraîchage, les

agriculteurs pratiquent souvent de l’arboriculture non irriguée et bien souvent du kaki. Des agriculteurs cultivent cependant le même type de culture qu’en várzea en irriguant

avec les mêmes quantités d’eau que ce qui est pratiqué en aval. Beaucoup possèdent une source ou un cours d’eau sur leurs terres dans lesquels ils pompent l’eau directement. D’autres construisent des buttes en aval de leur exploitation afin de retenir le ruissellement. Dans les deux cas, on peut considérer que ces agriculteurs procèdent à une rétention du ruissellement.

d) L’approvisionnement en eau potable

La demande locale On trouve 9 communes dans le sous-bassin versant de l’Alto Tietê Cabeceiras, soit une

production de 4,6 m3/s d’eau traitée en 1995 (Hidroplan, données SABESP) pour une consommation de 3,7 m3/s, soit 20 % de pertes dans le réseau d’approvisionnement.

Tableau 4 : Consommation et production d’eau de la SABESP dans les communes du sous bassin

Commune Consommation moyenne (L/s) Production moyenne (L/s) Aruja 80 88 Biritiba Mirim 57 71 Ferraz de Vasconcelos 200 252 Guarulhos 1 930 2 402 Itaquaquecetuba 290 364 Mogi das Cruzes 586 714 Poa 176 211 Salesópolis 15 17 Suzano 371 479

Source : Sumario executivo, 2002

Il faut savoir que la commune de Mogi das Cruzes n’est pas seulement approvisionnée par la SABESP et qu’un système d’approvisionnement municipal produit lui aussi 750 L/s d’eau.


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Le pompage de ces 2,86 m3/s dans le réseau est diffus. La présence de la várzea sur presque toute la longueur du Rio Tietê et à ses affluences incite la présence d’agriculture irriguée. Celle-ci est également présente dans les zones d’encostas.

Modes d'irrigation

Selon le positionnement de l’exploitation agricole dans le bassin versant, on distingue deux modes d’irrigation. L’un prélève directement dans le réseau hydrographique, ou la nappe. L’autre agirait en faisant de la rétention d’écoulement.

L’irrigation en várzea Sur la várzea, on observe exclusivement de l’agriculture irriguée. En effet, la várzea

correspondant au bassin sédimentaire récent, on y trouve l’aquifère sédimentaire à une profondeur moyenne de 50 cm, et le cours d’eau correspondant à la várzea. Les agriculteurs ont donc de l’eau disponible (plus ou moins profonde) en permanence.

Les agriculteurs présents dans la várzea pompent leur eau directement dans le cours d’eau, ou bien dans deux types de réservoirs (tanks) creusés dans la várzea, toujours sur une couche sableuse. L’eau de ces réservoirs n’est autre que celle de l’aquifère sédimentaire qui affleure dans les tanks. Ainsi, quand un agriculteur pompe dans son tank, le niveau de celui-ci baisse, et retrouve ensuite le niveau de la nappe qui le recharge par l’intermédiaire des couches de sable.

Les deux types de tanks fonctionnent de la même manière. Les seules différences qui les caractérisent sont leur capacité et leur historique. Certains agriculteurs ont creusé eux-mêmes leur tank et l’ont dimensionné selon leurs besoins : de 30 à 50 m2 pour 2 m de profondeur. D’autres ont profité de l’existence de trous, créés par d’anciennes exploitations de sable pour pomper leur eau. Ces réservoirs fonctionnent de la même manière que les précédents, mais sont nettement plus étendus : 100 m2 pour 2 m de profondeur, les agriculteurs parlent de leur lac (lago) et non de leur tank.

Figure 3: Les tanks de várzea


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en sept ans pendant lesquels sa consommation d’eau augmente un peu chaque année. Aisi, en sept ans, le déficit hydrique atteint 200 mm par rapport à la Mata Atlantica.

Quand il n'est pas limité par cette contrainte de disponibilité hydrique, l'eucalyptus se révèle même un grand consommateur d'eau. Le terroir de la commune de Salesópolis est victime de cette pression hydrique. D'après les dires des acteurs du sous bassin, la commune possédait 7500 nascentes(1) et n'en compte aujourd'hui plus que 5000.

De plus le défrichement occasionné par la plantation de ces eucalyptus a entrainé une augmentation du ruissellement direct.

c) L'agriculture irriguée

Besoins des cultures L’agriculture irriguée n’est pratiquée que sur les productions horticoles

Tableau 3 : Valeurs de l’ETC, l’ETP, Kc pour la culture de laitue-1997 :

Nombre de jours après la

transplantation

Stade

foliaire

Périodes

ETC (mm/jour)

ETP (mm/jour)

Kc moyen

Qmoyen (l/s/ha)

9à14 I 24/10 – 30/10 4,6 7,06 0,7 0,53 15 à 24 II 31/10 – 6/11 6,3 7,20 0,75 0,72 23 à 30 II 7/11 – 13/11 4,7 7,32 0,75 0,54 31 à 38 III 14/11 – 20/11 7,7 7,01 1,15 0,89 39 à 42 III 21/11 – 28/11 8,6 7,21 1,15 0,99

IPT, 2000, Rapport 44 667 ETC : Evapotranspiration de la culture ETP : Evapotranspiration potentielle ou de reférence Kc : coefficient de culture, quotient entre l’ETC et l’ETP

Besoins des irrigants La surface irriguée du sous bassin représente 82.67 % de sa surface cultivée et 81,22 %

de la surface irriguée totale dans le bassin versant de l’Alto Tietê21 . Pour une surface irriguée de 7 561 ha, la moyenne annuelle de la demande totale en eau d’irrigation estimée par la SABESP et le Fehidro en 2001 s’élève à 2,61 m3/s. Cette valeur correspond à un besoin moyen annuel de 2,23 m3/s pour les 6528 ha irrigués du sous bassin versant. En mars et septembre, les mois où l’on observe le minimum de précipitations, ces besoins s’élèvent à 3,31 m3/s et 3,25 m3/s, toujours pour une surface de 7 561 ha, c’est à dire 2,86 m3/s et 2,81 m3/s pour la surface irriguée du sous bassin versant.

L’étude de Mya Bouzid montre que les agriculteurs montre que les agriculteurs n’irriguent que les jours où il ne pleut pas. Il es possible de considérer que les agriculteurs du sous bassin versant ont des besoins d’irrigation de 2,86 m3/s les jours où il ne pleut pas.

(1) source ou minas 21 IBGE-Instituto Brasileiro de Geografia Estatistica, 1995/96


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Figure 2 : données de la station climatologique E3-251M du DAEE, commune de Biritiba Mirim : moyennes mensuelles entre 1973 et 1993

0

50

100

150

200

250

Janv

ier

Févrie

rMars Avri

lMai

Juin

Juille

tAoû

t

Septem

bre

Octobre

Novembr

e

Décembre

haut

eur

d'ea

u (m

m)

Pluie Evaporation

IPT, 2000, Rapport 44 667

b) La végétation

Végétation native, la Mata Atlantica

L’amont du sous bassin de est protégé par la lei de proteção ambiental, ou lei florestal(4). La végétation d’origine qu’on ne trouve plus que sur les versant sud du bassin versant entre le Rio Tietê et l’Océan Atlantique : la Mata Atlantica est préservée et même reconstituée (ou replantée) comme on peut le constater dans le parc de la source du Tietê, où depuis 30 ans on essaie de reconstituer cet écosystème en replantant ses espèces caractéristiques.

On constate que l'évapotranspiration réelle de ce type de végétation est égale à l'évapotranspiration potentielle tout au long de l'année. La partie replantée présente des besoins en eau inférieurs à ceux de la forêt primaire. En effet, un peuplement âgé produit plus de matière organique et consomme par conséquent plus d'eau. De même il consommera plus d'évapotranspiration. En ce qui concerne le ruissellement, la couverture végétale étant déjà entièrement constituée dans ces nouvelles Mata Atlantica on peut considérer qu'il est inchangé.

Zones de reforestation : l'eucalyptus

Parallèlement à la reconstitution de la Mata Atlantica, la politique environnementale a encouragé la plantation de pin et d'eucalyptus. Ce dernier, en plus d'être naturel, constitue une matière première rentable dans la production de papier très présente dans cette zone. L'eucalyptus est très compétitif en terme de volume de bois produit par rapport au temps.

En effet, dans sa phase de croissance, sa production de bois par volume d'eau absorbé est très forte. La région étant pluvieuse, l'eucalyptus n'est pas limité par le facteur eau pour pousser et par conséquent atteint très vite sa capacité maximale de production de bois. Il l’atteint

(4) Composantes de la loi de protection des Mananciais


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sud de Mogi jusqu’au réservoir Taiaçupeba et le parc du Tietê 14000km² de várzea expropriés en 197620 .

Quand à l’usage de l’eau, depuis la création du Comité en 1991, elle est allouée par

ordre de priorité à : 1. L’approvisionnement en eau potable (Uso doméstico) ; 2. L’agriculture (Uso na irrgação) ; 3. Les industries (Uso industrial) ; 4. Les autres usages dont les loisirs.

Tableau 2 : Production et consommation d’eau dans le sous bassin versant

Plano de Bacia, 2000

On remarque que les uniques pertes en eau s’effectuent au niveau de

l’approvisionnement en eau potable. Ce sont les pertes du réseau de distribution de la SABESP. Elles s’élèvent ici à 25 %, mais sont estimées à 30 % sur l’ensembles du réseau Intégré à la RMSP.

a) L'évaporation L’évaporation est inévitable et indépendante des usages anthropique et végétaux de

l’eau. Cependant, le bassin versant est dans une zone bien pluvieuse (1400 mm/an), on observe un déficit de pluies seulement des mois de juillet à octobre. S’il ne pleut pas assez tôt en novembre, les agriculteurs ont des difficultés à irriguer car le niveau de la várzea est trop bas, et le SPAT réserve toute l’eau de ses réservoirs à l’approvisionnement en eau potable. Sinon, un débit leur est réservé en aval du réservoir Ponte Nova.

20 Décret 7868, 30 avril 1976


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intégrante de ce Parc. Le reste de la várzea est protégé par la loi étatique n° 5598 du 6 janvier 1987 qui contrôle l’usage et l’occupation du sol dans ces zones.

En effet, la várzea de part sa porosité joue aussi le rôle de réservoir en saison humide,

aussi bien pour les agriculteurs qui y creusent des tanks17 que pour les gestionnaires du SPAT. Lors d’une grosse pluie, l’ingénieur Myia ferme le réservoir Ponte Nova pour stocker un maximum, et protéger de l’éventuelle crue. Parallèlement, il continue à pomper 6 m3/s à la station de pompage de Biritiba Mirim étant assuré que la várzea les lui fournira.

Cette capacité de stockage entraîne bien des convoitises, l’agriculture irriguée s’est largement installée dans la plaine alluviale détruisant la mata ciliare qui participait largement à la retenue de l’eau. Les activités d’extraction de sable et d’argile sont très présentes dans les parties urbanisées du bassin versant, détruisant non seulement la mata ciliare, mais aussi la plaine alluviale en elle-même.

Aujourd’hui, en saison sèche, de part la présence de sable dans la plaine alluviale, la várzea a inversé son rôle : elle draine les eaux du bassin versant plus qu’elle ne les stocke, l’eau peut descendre jusqu’à 1,5 m en dessous du sol, tandis qu’on l’observe à seulement 0,5 m en saison humide.

1.3.3 Usages

Pour comprendre le fonctionnement hydrologique du bassin versant, il est non seulement nécessaire de caractériser les différents usages de l’eau, mais en plus de les relier à l’occupation des sols qui influe sur le bilan hydrique.

Le sous bassin de l’Alto Tietê Cabeceiras se situe dans la zone périurbaine de São Paulo,

on y relève une grande hétérogénéité d’occupations des sols. En allant d’Est en Ouest, on passe d’un paysage très rural à une dense urbanisation.

De Salesópolis à Mogi das Cruzes, on est dans la zone de protection des Manaciais qui limite l’expansion urbaine18. De plus ces zones sont soumises aux lois de reforestations qui incitent à la plantation de pins, d’eucalyptus et de Mata Atlantica (forêt native). Ces types de forêts et des pâturages occupent donc les espaces les plus escarpés et isolés. Dès que le terrain est un peu plus praticable (várzeas, encostas à pente douce), l’agriculture périurbaine reprend le dessus : en général on trouve des productions maraîchères périssables (salades, brocolis, coriandre…) étant donnée la proximité de São Paulo et les rendements des grandes fazendas19 du reste de l’état pour les cultures moins périssables.

A partir de Mogi das Cruzes, qui est déjà une grande ville, l’urbanisation va croissante vers São Paulo. Seules trois unités spatiales (protégées par les lois) restent inoccupées par les villes et leurs industries : La Serra do Itapeti sur le versant nord de Mogi das Cruzes ; les versants

17 petit réservoir d’une vingtaine de m² sur 2 m de profondeur 18 cf annexe carte de protection des Mananciais 19 Ferme à exploitation extensive


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1.3.2 La vision locale de la ressource Les agriculteurs utilisent l’eau sans passer par le réseau de distribution. L’important

pour eux est de disposer d’une réserve d’eau naturelle plus ou moins pérenne. Deux possibilités s’offrent à eux : créer un réservoir retenant l’écoulement, quand ils cultivent les versants du bassin ou creuser un réservoir dans la várzea.

a) Les minas Excepté la recharge du cours d’eau principal par le sous-sol, la contribution de l'aquifère

cristallin au réseau hydrographique superficiel est ponctuelle et ne peut s’observer que sur les versants du bassin qu’on appelle encostas.

Ces résurgences de l’aquifère cristallin s’appellent minas ou nascentes do Tietê (sources du Tietê), on en compte 5000 dans la commune de Salesópolis. En général, une source est plus pérenne qu’une minas parce que sa surface de drainage est plus grande, qu’une faille de la roche mère contribue à son écoulement ou que l’épaisseur de la réserve est plus grande (aquifère B).

A proprement parler, une Minas est une source, seulement ce terme est utilisé localement pour tout type d’apparition d’eau. Sa généralisation s’étend même aux várzeas. Un agriculteur qui stocke son eau dans une ancienne mine de sable creusée dans ce bassin sédimentaire assure que son « lac » possède quatre minas. Minas est le terme approprié à une résurgence. L’’hypothèse qui a été faite avec R..Porto et confirmée avec R.Hirata est que la mine était creusée dans un banc de sable à la limite avec une couche d’argile.

b) La várzea

L’aquifère sédimentaire est une nappe quasi plane, continue avec les différents cours d’eau. Ces cours d’eau constituent les lignes de plus bas niveau de cette nappe. Elle se répartie sur la totalité du bassin sédimentaire. C’est un système hydrauliquement fermé, libre à semi-confiné et de porosité primaire assez hétérogène. (Hirata Ferreira). La várzea est le nom local de ce bassin sédimentaire contenant un aquifère visible à seulement quelques mètres de profondeur (1 à 5m). Les agriculteurs y creusent des tanks (réservoirs) d’irrigation. Il leur suffit de creuser jusqu’à une couche de sable pour parvenir à remplir leur tank.

La várzea représente à la fois un écosystème à préserver et un lieu de stockage précieux

pour les usagers de l’eau. A l’origine, la varzéa est constituée par la plaine alluviale du Rio Tietê16 et de son

écosytème propre : la mata ciliare, forêt innondable d’une hauteur de 10 à 15 m. Elle joue un rôle de dénitrificateur en utilisant le phosphore et l’azote de l’eau et réoxygénisant ainsi l’eau du cours d’eau. Elle joue aussi un rôle d’amortisseur de crues en augmentant la section de passage du débit, et sa porosité. Le 30 avril 1976, le DAEE implante le Parc Ecologique du Tietê par le décret 7868 qui vise à protéger 60 km² de várzea. Seulement 14 km² font vraiment partie

16 Ou d’autre cours d’eau


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Le Sous comité Le Sous Comité de l'Alto Tietê Cabeceiras est la représentation tripartite et paritaire des

acteurs du sous bassin. Le DAEE et la SABESP y sont représentés en la partie de l'Etat, principal bailleur de fond des ouvrages hydrauliques. Les municipalités sont représentées au sein de ce Comités par des élus à l'environnement ou à la gestion de l'usage et l'occupation des sols. Enfin, la partie civile permet aux civils, aux agriculteurs et aux industriels de prendre position dans les débats. Des associations de quartier comme des ONG environnementales peuvent intervenir au nom de la partie civile, celle-ci est très hétérogène et n’a pas de représentants fixes ou élus.

Le principal souci du Sous Comité est le respect des mesures environnementales de protection des Manaciais. Il dispose pour cela de moyens de répression sur les différents acteurs. Par la dénonciation des erreurs au Ministério público (Ministère des affaires publiques), il peut distribuer aux fautifs des contraventions ou des peines de prison. De plus, il peut distribuer des peines indirectes, en demandant au sein du Comité un arrêt des subventions internationales, nationales, fédérales ou municipales.

Une représentation tripartite paritaire Théoriquement et sur le papier les trois parties sont représentées égalitairement au sein

du Comité et des Sous Comités. Seulement, étant données les priorités de gestion du bassin (priorité à la production d'eau potable), La SABESP dispose d'un poids relatifs plus important que les autres parties.

Elle est présente dans tous les sous bassins et répond au besoin social et économique le plus fort de la zone. Cependant, c'est elle qui exerce la plus forte pression sur la ressource. Il est donc primordial de conserver un contrepoids à cette appropriation de la gestion de l'eau par cette organisation.

L'exemple du sous bassin versant de l'Alto Tietê Cabeceiras illustre bien ce phénomène.

En marge du Sous Comité s'est constitué le Grupo Tecníco de Monitoramento (Groupe technique de maintenance du réseau hydrographique), ne représentant que le DAEE et la SABESP. Il semble que des mesures de gestion de l'eau y soient prises indépendamment du Sous Comité. La présence du DAEE dans ce groupe modère le poids de la SABESP, bien que les relations entre ces deux organisations dans le sous bassin soient clairement orientées, la SABESP ordonnant au DAEE.

Ces organismes disposent d’une vision scientifique de la ressource, les rapports et données sur celles-ci ne font pas défaut : les agriculteurs quant à eux disposent d’une vision bien plus expérimentale de l’eau.


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c) Les institutions de contrôle

La CETESB Agence du gouvernement de l’Etat de São Paulo, la CETESB (Companhia de

Tecnologia de Saneamento Ambiental, Compagnie technologique d’assainissement environnemental) est créée le 24 juillet 1968, suite au décret n°50-079). Elle est responsable du contrôle, de la fiscalisation et de la gestion des activités génératrices de pollution. Sa principale préoccupation est la qualité des eaux.

Elle contrôle qualité de l’eau sur l’ensemble de l’Etat : la qualité des eaux balnéaires, mais surtout des eaux destinées à l’approvisionnement en eau potable.

Ainsi, elle dispose de huit points de collecte dans le sous bassin de l’Alto Tietê Cabeceiras localisés à des endroits stratégiques : dans les réservoirs, à l’aval de la station de traitement…

Le Comité de Bassin Comme les autres UGRH, le bassin versant de l'Alto Tietê possède un Comité de

Bassin. Celui-ci a pour mission de centraliser l'information et les revendications concernant la ressource en eau du bassin afin de planifier et réguler sa gestion entre les différents acteurs. Le mot d'ordre de cette planification est la garantie de la disponibilité de cette ressource quantitativement et qualitativement.

A cette fin, il propose une participation tripartite et paritaire des différents acteurs représentés par l'Etat, les municipalités et la partie civile. Par la consultation et la délibération de ces parties, est né le Plano da Bacia do Alto Tietê, état des lieux de la ressource en eau du bassin versant qui envisage d'intégrer la gestion de l'eau de ce bassin au programme fédéral de gestion de la ressource.

Il dispose de trois axes d’action : Prise de décisions techniques immédiates directement liées à la gestion du réseau

hydrographique (32 %) ; Planification de la gestion de l’eau à plus ou moins long terme par la rédaction du Plano

de Bacia (16 %) ; Financement des différents projets liés à la ressource en eau (52 %). La rédaction annuelle d'un rapport de situation de la ressource en eau (le Sumario

Executivo), lui permet de réorienter, ou réajuster, les programmes d'utilisation, de conservation, de protection et de récupération de la ressource15 . La mise en place des Sous Comités de bassin lui permet de disposer d'une connaissance des spécificités locales de la problématique de l'eau dans le bassin versant.

14 Plano de Bacia, p135 15 cf Sumario Executivo, p 48


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Elles disposent occasionnellement de législation propre sur l'usage et l'occupation du sol. Une législation, bien souvent obsolète. À en juger le cas de Mogi das Cruzes dont la principale loi d’occupation du sol rural est le « codigo florestal »10 du 15/09/1965. Celui-ci n’a jamais été revu depuis sa création, ce qui pose des problèmes d'application à la ville qui est en pleine expansion.

Les agriculteurs L'agriculture du sous bassin de l'Alto Tietê Cabeceiras représente non seulement 30 %

de la surface agricole du bassin, mais aussi 81 % de sa surface irriguée. Elle est localisée dans les zones rurales et périurbaines des communes de Suzano, Mogi das Cruzes, Biritiba Mirim et Salesópolis. On l'observe aussi ponctuellement au cœur des zones urbaines de Suzano.

Dans les têtes de bassin11 , la demande agricole de l'eau est en compétition12 avec la demande industrielle et domestique, étant donné la réglementation des zones. Bien sûr, il existe toujours la consommation extérieure de la RMSP, largement supérieure à cette consommation agricole.

De plus, l'agriculture irriguée est accusée d'augmenter l'utilisation des insecticides et des fongicides pulvérisés, du fait de l'arrosage par aspersion13 . Elle produit cependant avec de bons rendements, des biens maraîchers à haute valeur ajoutée dans la ville de São Paulo.

Il ne faut pas oublier qu'en freinant l'expansion urbaine, l'agriculture, irriguée ou non, constitue une alliée de la politique de protection des Mananciais.

Bien que représentés au sein des Comité et Sous Comité, les agriculteurs du sous bassin

sont assez individualistes et aucun mouvement de regroupement n'émerge vraiment parmi eux pour faire valoir ces atouts. Il existe cependant l’INCRA (Instituto Nacional da Colonização e da Reforma Agraria, Institut national de la colonisation et de la réforme Agraire) qui met en place localement des politiques de commercialisation des produits agricoles, mais n’a aucune orientation en ce qui concerne la consommation agricole de l’eau.

Les industries L’industrialisation de la zone est significative surtout à proximité des zones urbanisée,

c'est-à-dire à Suzano, Itaquaquecetuba et Mogi das cruzes. On trouve des industries de papier et cellulose, mais aussi des industries chimiques, mécaniques et alimentaires. En zone rurale des entreprises exercent une exploitation minérale, en particulier de sable, on en trouve dès la commune de Salesópolis.

Les activités les plus consommatrices d’eau sont les fabriques de papier et les extractions de sable, il faut nettoyer le sable une fois qu’il est extrait.

On peut noter que 68 % des prélèvements dans les nappes du sous bassin sont effectués par des industriels14.

10 code de la forêt 11 autre dénomination des Mananciais : Cabeceiras signifie tête, ou bout 12 expression du Sumário Executivo, p 44 13 idem


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Mais la SABESP intervient aussi pour les besoins des populations locales. A Salesópolis, elle produit et traite 22 L/s et répond ainsi à 100 % des besoins d’approvisionnement, de collecte et de traitement de la population urbaine de la commune(2).

A Biritiba Mirim, elle produit 71L/s, mais n’est pas équipée pour le traitement.

b) Les usagers

Les municipalités

Dans le contexte politique de protection des Mananciais, les municipalités ne peuvent intervenir que sur le contrôle de l’occupation et l’usage des sols. Elles peuvent émettre des lois à ce sujet, seulement les lois fédérales sont bien plus restrictives. Les municipalités se contentent de suivrent les lois fédérales qui leurs sont imposées.

Les lois fédérales que les municipalités doivent respecter s’appliquent soit au milieu rural, soit au milieu urbain, il n’existe pas de continuité législative entre les deux milieux.

En zone urbaine : Lei de zoneamento e parcellemento (loi de zonage et parcellement) L’Etat impose aux municipalités de définir un zonage de leur surface urbaine et des

restrictions sur les usages et occupation dans chacune des zones. Trois types de zones sont prédéfinis : zones A, B et C, en fonction des activités autorisées : industrielles, commerciales, administratives et domestiques. La classification d'une zone parmi ces trois catégories dépend autant de son patrimoine urbain que de son patrimoine environnemental.

La loi fédérale 6 766 : Lei de Parcelamento do solo (Loi de parcellement du terrain) définit quant à elle des tailles minimales et maximales de parcelles en fonction de la zone.

Cependant, si les dispositions municipales sont plus restrictives que les lois fédérales ce

sont celles-ci qui sont appliquées. La commune de Mogi das Cruzes par exemple, dispose d'une classification bien plus fine que les trois catégories imposées par l'Etat.

La loi municipale 2 683, joue un rôle prépondérant dans l’occupation du sol en zone urbaine. Le département de planification et urbanisme a défini un découpage de la zone urbaine en 23 zones de surface variables et d'occupation réglementée.

En zone rurale En zone rurale ce sont essentiellement les réglementations fédérales appliquées aux

périmètres de protection des Mananciais qui régissent l'usage et l'occupation du sol. Les municipalités doivent vérifier le respect de cette politique contraignante dans la mesure où il est interdit de construire des réseaux d'approvisionnement et d'assainissement dans les périmètres protégés. Les municipalités se voient dans l'impossibilité de de répondre aux besoins primaires des quartiers illégaux naissant dans les Manaciais.

(2) L'agglomération de Salesópolis représente 10 % de la surface de la commune et 50 % de sa population


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DAEE et la SABESP sont obligés de tenir compte des besoins des utilisateurs de l’eau du Rio Tietê en aval de Ponte Nova : agriculture, approvisionnement de Biritiba Mirim et Mogi das Cruzes, industries de Mogi et Suzano.

La demande finale et principale du SPAT émane de la SABESP et de son système d’approvisionnement intégré à la RMSP. L’approvisionnement en eau potable étant devenu prioritaire dans le bassin versant, c’est la SABESP qui impose le rythme de production du SPAT, et laisse moins de libertés aux gestionnaires du DAEE dans leur gestion. En effet, le rôle du DAEE est principalement hydroélectrique et sous-traite la maintenance du système pour la SABESP, plus qu’il ne le gère.

La SABESP

L'organisme La Companhia de Saneamento Basico do Estado de São Paulo (SABESP-Cie

d’Assainissement “basique” de l’Etat de São Paulo) naît en 1973 après l’approbation de la loi n° 119 du 29 juin. C’est une société d’actionnaires, résultat de la fusion de la COMASP et la SANESP. Cette société dont l’Etat détient 71,5 % des 28,5 milliards d’actions a aujourd’hui l’exclusivité des marchés de la distribution, de la collecte et du traitement des eaux de la RMSP.

Contrairement au reste des acteurs, la SABESP considère que l’usage de l’eau et des Mananciais ne doit pas être décidé à partir du réseau hydrographique et de sa division en sous bassins versants, mais en considérant le bassin versant et ses dynamiques environnementales sociales et économiques comme un tout9. C’est depuis São Paulo que la SABESP impose des rythmes de production au 7 systèmes producteurs du Système Intégré de la RMSP dont font partie le SPAT et le Sistema Rio Claro qui produisent 10 m3/s et 4 m3/s des 63,3 m3/s que produit la SABESP pour la RMSP.

Cette gestion globale crée des conflits dans les zones de Mananciais dont les acteurs se sentent délaissés. Cependant l'objectif de cette société est de satisfaire à 100 % les besoins de la RMSP dans laquelle l'approvisionnement est un problème qui affecte principalement les populations à faible revenu et les quartiers illégaux.

Localement Les responsables de la station de traitement de Taiaçupeba qui établissent le relais entre

le DAEE et le système intégré à la RMSP. Cette station se trouve sur le barrage Taiaçupeba. Les responsables du SPAT et ceux de la station de traitement collaborent au jour le jour.

Le Sistema Rio Claro est déjà entièrement géré par la SABESP, c’est elle qui opère le réservoir et la station de traitement sur place en fonction des besoins de la RMSP. Ce système est en amont de Ponte Nova qui l’isole du reste du réseau hydrographique, la SABESP y ponctionne 4m3/s et ne prévoit pas d’augmenter sa production.

transmise aux réservoirs Jundiai et Taiaçupeba où la SABESP prélève 10 m3 /s qu’elle traite et distribue à la RMSP. 9 Águas de São Paulo, especial nov dec 2000, p7


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entièrement défini par les besoins économiques (production d’électricité) et sanitaires (contrôle des crues) de la RMSP dans le Plano Integrado de Aproveitamento (Plan intégré d’Approvisionnement), résultat du consórcio Hibrace.

C’est seulement dans les années 80 que naissent les préoccupations environnementales de l’Etat, et en plus des objectifs électricité et gestion des crues, apparaît le souci de protection de la ressource en eau. Le DAEE adopte alors un système de décentralisation du pouvoir et implante des directions régionales en divisant le terrain par sous bassin versants.

Depuis, est apparue la problématique du manque d’eau, et l’approvisionnement en eau potable est devenu la priorité de gestion de toute la région Métropolitaine de São Paulo. En 1995, le DAEE a revu le consórcio Hibrace avec des objectifs d’approvisionnement en eau potable dans le Consórcio Hidroplan. Les barrages destinés au contrôle des crues deviennent des barrages d'approvisionnement dont la responsabilité revient petit à petit à la SABESP.

Localement Le Sistema Produtor do Alto Tietê (SPAT, Sistème Producteur de l'Alto Tietê) est une

unité de gestion de l’eau dont l’opérateur est le DAEE. La direction du SPAT est chargée de la maintenance du réseau hydrographique du sous-bassin versant de l’Alto Tietê et du respect des règles d’allocation à l’échelle locale. Cette direction régionale connaît les spécificités physiques et sociales du sous-bassin versant et se sert de cet atout pour gérer au mieux les cinq réservoirs et les infrastructures qui les relient.

Carte 5 : Le Système Producteur de l'Alto Tietê

ETA da SABESP : Station de traitement des eaux de la SABESP Barragem : barrage Abestecimento de São Paulo : approvisionnement de São Paulo Estação elevátoria : station élévatrice Tunel de interligação : tunnel de liaison

Source : www.daee.gov.br

Jusqu’en 1991, seul le réservoir Ponte Nova fonctionne. Son unique objet est le contrôle

des crues, c’est donc une activité réservée au DAEE. C’est en 1991 que les ressources des vallées du Rio Jundiai et du Rio Taiaçupeba sont solicitées pour l’approvisionnement de la RMSP. Un barrage est construit dans chaque vallée, ces deux sont reliés entre eux et à une station de traitement des eaux de la SABESP. En fonction de sa demande, la SABESP décide à quel niveau le DAEE va remplir le réservoir Taiaçupeba. La station élévatrice du Biritiba Mirim fonctionne depuis 1999, elle relie ainsi le réservoir Ponte Nova à la station de traitement de Taiaçupeba8. Le

8 Elle pompe 6 m3/s d’eau dans le Rio Tietê, qu’elle transmet à une retenue provisoire du réservoir Biritiba Mirim sur une hauteur de refoulement de 22 m. Ensuite, par l’intermédiaire de deux canalisations elle est

http://www.daee.gov.br


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1.3.1 Les acteurs

a) Les gestionnaires La politique de protection des Mananciais, achetées en 1930 par l'Etat, incarne

aujourd’hui l’accompagnement au développement du complexe hydraulique de la RMSP. São Paulo s’est implantée en 1554 à l’affluence de la rivière Anhangabaú et du Rio Tamanduatei. Le premier projet officiel d’adduction date de 1842. Il faut attendre 1858, pour qu’un programme se réalise. La Caixa d’Agua da Rua Cruz en construisant un réservoir souterrain et proposant ses services aux riverains. Ce réservoir sera effectif seulement trente et un ans. La lutte contre le temps commence dans la ville de São Paulo. Les ouvrages à peine construits sont déjà dépassés par la croissance de la population et ses besoins.

L'exemple du Système producteur Rio Claro illustre très bien ce dépassement. En 1925, suite à une période sèche, naît le projet d'une adduction d'eau depuis le Rio Claro à 86 km de la ville de São Paulo. Les travaux se terminent en 1930. Déjà en 1933, le Plano Geral de Distribuição das Águas prévoit son aggrandissement.

La Companhia Metropolitana de Água de São Paulo (COMASP- Cie Métropolitaine d’eau de São Paulo) est née en 1968, pour gérer l’approvisionnement en eau potable de l’agglomération. A partir de 1970, la Companhia Metropolitana de Saneamento de São Paulo (SANESP-Compagnie Métropolitaine d’Assainissement de São Paulo) prend la responsabilité du réseau d’assainissement en 1970. A cette époque, c’est déjà le DAEE qui gère le réseau hydroélectrique.

Le DAEE

L'organisme En décembre 1951, le Departamento das Águas e Energia Eletrica (DAEE-Départament

de l’Eau et de l’Energie Electrique) est créé par l’Etat de São Paulo en pleine expansion. Il a pour objet le développement du réseau électrique de l’Etat, contribuant ainsi pleinement à son essor économique. De plus, il en a fortement développé le réseau de téléphonie rurale.

Cet essor de la région est accompagné de l’expansion urbaine qui entraîne imperméabilisation des sols, dégradation de l’environnement et favorise les risques de crues. Le DAEE, qui a déjà la responsabilité des barrages hydroélectriques acquiert un nouveau rôle dans le bassin versant de l’Alto Tietê : celui de la prévention des crues, dont le barrage Ponte Nova (1974) est un bel exemple.

En 1964, le DAEE réalise consórcio Hibrace qui porte un regard global sur le bassin versant de l’Alto Tietê dans le but de planifier de manière intégrée la gestion de l’eau de la RMSP. Ce projet prévoit de résoudre les problèmes relatifs à l'approvisionnement en eau et au contrôle de la ressource jusqu'à la fin du siècle. Les besoins de cette zone urbaine sont trop grands pour conserver une gestion locale de la ressource. Le réseau hydrographique actuel a ainsi été


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1.3 LE SOUS-BASSIN DE L’ALTO TIETE CABECEIRAS Le sous bassin versant de l’Alto Tietê Cabeceiras se trouve en amont de la RMSP. La

moitié de sa superficie se trouve en zone de Mananciais. Et pour cause, il produit 14 m3/s d’eau destinée à l’approvisionnement de la RMSP, soit presque la moitié de la production du bassin versant de l’Alto Tietê.

Carte 4 : Le sous bassin de l'Alto Tietê Cabeceiras dans le système Intégré à la RMSP

Lucie CLAVEL, 2003

Il devient donc une zone de conflit pour les gestionnaires de l’eau de la RMSP (privés

ou publics). Il possède non seulement la plus grande surface de drainage des 6 sous bassins versants qui composent le bassin versant de l’Alto Tietê, mais en plus, pour être situé en amont du Rio Tietê, la qualité des eaux qui y circulent est encore bonne.

Localement on observe aussi des conflits dus à cette appropriation de la ressource par la région. Le sous bassin versant de l’Alto Tietê Cabeceiras possède suffisament d’eau pour subvenir à ses propres besoins sanitaires et économiques, ses habitants se demandent pourquoi ils devraient se priver pour répondre à la priorité d’approvisionnement de la RMSP.

Barrage rempli du Système Rio Claro Barrage construit et non rempli du SPAT Station de pompage

10 m3/s

4 m3/s


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production du Sistema Integrado de Abastecimento de Água da RMSP, Système intégré d'Approvisionnement de la RMSP. Le système de réversion s’appelle le système Cantareira. Il capte les eaux amont de l'UGRH Piracicaba/Capivari/Jundiai et les redistribue à la zone Nord de la RMSP par un système de canalisations par gravité.

Le système producteur de la RMSP est doté de 8 sous systèmes producteurs associés chacun à des sous bassins.

Tableau 1 : capacité de traitement des systèmes producteurs du Sistema Integrado de Abastecimento de Água da RMSP

UGRH SYSTEME CAPACITE (m3/s)

CAPACITE (m3/s)

Piracicaba/Capivari/ Jundiai Cantareira 33,0 33,0

Guarapiranga/Billings 14,0 Alto Tietê 10,0 Rio Grande 4,2 Rio Claro 4,0 Alto Cotia 1,3 Baixo Cotia 1,1

Alto Tietê

Ribeirao da Estiva 0,1

34,7

TOTAL 67,7 67,7 SABESP, 2000, Plano de Bacia

Carte 3 : Système Intégré à la RMSP

SABESP, 2000, Plano de Bacia

De ces 8 sous-systèmes producteurs, deux puisent leurs ressources dans les Mananciais

du sous bassin Alto Tietê Cabeceiras : le Sistema Produtor do Alto Tietê (SPAT ), et le Sistema Rio Claro.


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protection des Mananciais qui en pâtissent. On y observe des taux allant de 2,5 à 10 %, tandis que les taux de la ville de São Paulo sont compris entre –6 et 2,5 %.

1.2.2 Le bassin versant de l'Alto Tietê

L’UGRH Alto Tietê ou bassin versant de l’Alto Tietê, se situe en tête de bassin versant et par conséquent ne dispose pas, dans sa ressource en eau, de contribution d’une UGRH située en amont. Ce bassin versant d’une surface de 5 985 km² est habité par 17,8 millions d’habitants vivant dans 35 des communes de la RMSP. Par conséquent, la surface urbanisée occupe 37 % de celle du bassin.

Cette zone de surface restreinte, de forte population et de forte urbanisation n’offre à chacun de ses habitants que 200 m3/an d’eau de manière naturelle. Pour subvenir à ses besoins d’approvisionnement, la RMSP est obligée d’importer de l’eau de l’UGRH Piracicaba/Capivari/Jundiai voisine au nord de l'UGRH Alto Tietê.

De ces 35 communes, seules 9 disposent de systèmes d’approvisionnement en eau potable isolés, les autres sont tous desservis par la SABESP et son Système de Production Intégré à la RMSP. C’est dans ce souci d’intégration de l’approvisionnement que le bassin versant a été divisé en 6 sous bassins régissant chacun un ou plusieurs Sous Système Producteur.

Carte 2 : La RMSP, le bassin versant de l'Alto Tietê et ses sous bassins

DAEE, 1999, Plano de Bacia

1.2.3 Le système de production intégré à la RMSP

La contribution du bassin versant de l’Alto Tietê à l'approvisionnement de la RMSP est de 34,7 m3/s et la demande de 70 m3/s. Pour subvenir à ses besoins, la région se voit donc dans l’obligation d’importer 33 m3/s d’un bassin versant mitoyen : le bassin versant Piracicaba/Capivari/Jundiai.

Les 33 m3/s d'eau potable produits par le système Cantareira correspondent à 50 % de la disponibilité en eau du bassin versant Piracicaba/Capivari/Jundiai et presque 50 % de la


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Carte 1 : Les UGRH de l'Etat de São Paulo

█UGRH Alto Tietê █UGRH Piracicaba/Capivari/Jundiai

SIGRH, 2000, www.sigth.gov.br C’est dans l’UGRH Alto Tietê que s’étendent la ville de São Paulo et sa Région

Métropolitaine, soit 18 millions d’habitants qui consomment 63 m3/s d’eau traitée dont 33 m3/s sont importés de l’UGRH Piracicaba/Capivari/Jundiai. Par la délibération CRH du 8 décembre 1994, le gouvernement de l’Etat de São Paulo engage le Consórcio Hidroplan avec le DAEE. Cette étude permettra l’élaboration du Plan Intégré d’Approvisionnement et du Contrôle des UGRH Alto Tietê, Piracicaba et Baixada Santista6.

1.2 LA GESTION INTEGREE DE L’APPROVISIONNEMENT DE LA RMSP L’usage de l’eau dans bassin versant de l’Alto Tietê est conditionné par cette Région

Métropolitaine de São Paulo. C’est pour répondre aux besoins de celle-ci qu’ont été réalisés le Plano de Bacia, le Consórcio Hidroplan, et qu’a été édifié le réseau de distribution d et de collecte des eaux.

1.2.1 La région Métropolitaine de São Paulo

La Região Metropolitana de São Paulo (RMSP, Région Métropolitaine de São Paulo) naît le 8 juin 1973 par la Lei Complementar nº14 (loi complémentaire nº14). Elle comprend aujourd'hui 39 communes formant une seule agglomération de 8 051 km2. Elle compte 16 550 173 habitants dont 59,3 % sont de la commune de São Paulo même7 .

Le taux d'accroissement de population de 3,67 % en 1970 a fortement baissé depuis. Aujourd'hui, ce taux n'est que de 0,34 %, mais il est très disparate, et ce sont les zones de

6 La contribution de l’UGRH Baixada Santista dans la gestion intégrée est essentiellement hydroélectrique. Le système Rio Claro est cependant un exemple (4 m3/s à la RMSP) de sa contribution à la distribution en eau potable 7 recensement 1996 : Censo de 1996

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1 CONTEXTE

1.1 LE BRESIL ET L’ETAT DE SÃO PAULO

1.1.1 Le Brésil Avec 8,5 millions de km², le Brésil est le cinquième pays du monde de par sa superficie

et recouvre la moitié de l’Amérique du sud. Depuis 1988, c’est une République fédérale composée de 26 états et d’un district fédéral, siège de la capitale Brasilia.

Le pays a connu une explosion démographique pendant les cinquante dernières années. On y compte aujourd’hui 172 millions d’habitants dont neuf dixièmes vivent sur un dixième du territoire, principalement dans les régions côtières de l’Est.

La croissance de la population urbaine a été si forte que les autorités ont été dépassées : les infrastructures de base font défaut dans les quartiers les plus démunis. Seulement 10% des citadins ont accès au service d’assainissement. Les lacunes sont fortes, le coût de la généralisation des services d’approvisionnement, collecte et traitement des eaux est trop élevé. C’est dans ce contexte qu’en 1995, le Brésil a adapté sa législation en ouvrant les marchés des secteurs de l’eau et l’assainissement à la privatisation. L'Etat de São Paulo fait exception à cette règle, c’est la SABESP (Companhhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo, Compagnie d'assainissement de base de l'Etat de São Paulo) qui assure ces services au sein de l’Etat.

1.1.2 L’Etat de São Paulo

Avec un PIB de 7 209 $ par habitant, soit 36 ù du PIB brésilien, c’est l’Etat le plus riche du Brésil, son moteur économique. C’est aussi le plus peuplé et le plus grand centre d’immigration.

Inspiré par le modèle français, l’Etat de São Paulo est divisé en 22 unités de gestion de l’eau communément appelées bassins hydrographiques. En effet, ces Unidades de Gerenciamento de Recursos Hidricos (UGRH : Unité de gestion des ressources hydriques) sont définies selon des limites topographiques.

La disponibilité en eau de cet Etat est considérée comme bonne, chaque habitant dispose en moyenne de 2900 m3 d’eau par an4 . Il existe cependant quatre UGRH dans lesquelles le manque d’eau se fait clairement ressentir.

UGRH Alto Tietê : 200 m3/an/habitant ; UGRH Piracicaba : 400 m3/an/habitant ; UGRH Turvo Grande : 900 m3/an/habitant ; UGRH Mogi5 : 1500 m3/an/habitant.

4 Sistema Integrado de Geranciamento de Recursos Hídricos do estado de São Paulo : www.sigrh.sp.gov.br 5 Remarque : l’UGRH Mogi n’a aucun lien avec la ville de Mogi das Cruzes

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modèles décrivant le comportement naturel de la ressource en eau. Quels principes et hypothèses de formalisation hydrologique ainsi que quelle représentation de l’Alto Tietê Cabeceiras, sa ressource et ses acteurs permettraient l’articulation des systèmes multi-agent (SMA) avec un modèle hydrologique scientifique ?

La première partie s’attachera à décrire le contexte de la zone d’étude en décrivant les acteurs de la zone, leur vision et usages de la ressource. Elle permettra ainsi de justifier l’utilisation des SMA pour la réalisation de cet outil. Le projet justifié, la deuxième partie le présentera et présentera la méthode et la démarche dans la recherche d’une formalisation hydrologique adaptée aux SMA. La troisième partie établit une revue des connaissances existantes sur la zone permettant de proposer des principes de formalisation en quatrième partie.


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C’est dans ce contexte que le 28 novembre 1997, la lei de Politica de Proteção aos Mananciais est établie par l’Etat de São Paulo. La protection des Mananciais s’effectuera désormais à l’échelle de chaque bassin versant et chaque Comité pourra orienter et contrôler la politique de son bassin versant en fonction des problèmes locaux. (cf. Annexe I)

Cependant, au dessus du Comité, la Lei de Proteção aos Mananciais (loi de protection des périmètres de ressource) protège ces périmètres de la croissance démographique. Il est par exemple interdit d’implanter un réseau d’approvisionnement en eau ou d’assainissement de ces eaux dans ces périmètres. Les activités autorisées y sont clairement définies. Les conséquences de ces lois ne sont pas moindres, la restriction des activités autorisées a dévalorisé la valeur foncière de ces terrains. Ceux-ci se retrouvent délaissés par leurs habitants et vendus de manière irrégulière à des populations de faibles revenus. Ces populations ne peuvent être expropriées, de part la législation brésilienne qui protège l’habitat des plus démunis. Ainsi, les Manaciais se retrouvent foyers d’une expansion urbaine irrégulière, vecteur de pollution des eaux.

Dans le bassin versant de l’Alto Tietê, elles restent cependant préservées par rapport au reste de la RMSP. Par conséquent, elles font l’objet de la convoitise des principaux gestionnaires de l’eau de la RMSP que sont le DAEE1 et la SABESP2. Depuis 10 ans, la SABESP, largement représentée dans le Comité et les sous-comités, a la main mise sur la gestion de l’eau de la RMSP étant donné que c’est elle qui subvient au besoin prioritaire de cette région qui est l’approvisionnement en eau potable. Le DAEE a pour objet l'entretien du réseau hydrographique, le contrôle des crues et la production d'électricité. Aujourd'hui, il contrôle les barrages hydroélectriques, et petit à petit, il perd la gestion des barrages de prévention des inondations car ceux-ci deviennent des barrages d'approvisionnement en eau potable.

Le bassin versant est divisé en six sous bassins possédant chacun son sous-comité représentant localement les trois entités. Ces sous-comités établissent un relais entre les problèmes locaux relatifs à l'eau et la gestion du bassin versant de l'Alto-Tietê. Le sous bassin de l’Alto Tietê Cabeceiras illustre bien les problèmes que le bassin de l’Alto Tietê rencontre dans la gestion et la préservation de la ressource en eau. En amont du bassin de l’Alto Tietê, il représente une grande surface de Mananciais, 1280 km², soit 64 % de la surface du sous bassin. Les deux gestionnaires de l’eau y sont présents : le DAEE opère les ouvrages hydraulique qu’exploite la SABESP. De plus, il représente 81 % de l’agriculture irriguée de la RMSP.

Ce sous bassin a été choisi par le projet NEGOWAT3 dans sa recherche de méthodes et

d’outils de négociation sur l’occupation des sols et la gestion de l’eau dans les bassins versants périurbains des grandes agglomérations d’Amérique latine. Un des outils proposés est un jeu de rôle basé sur un système multi agent présentant le comportement physique de la ressource en eau en fonction des processus sociaux d’évolution de l’occupation des sols. Il existe de nombreux

1 Le DAEE est chargé par l’Etat de l’entretien du réseau hydrographique de l’Etat et de la distribution d’énergie hydroélectrique. 2 La SABESP est la compagnie qui organise le traitement et la distribution d’eau potable de la RMSP. Or, l’approvisionnement en eau potable est prioritaire dans la RMSP, elle a donc une influence non négligeable dans la gestion de la ressource. 3 “Facilitating Negociation over Water Conflicts in Latin-American Periurban Upstream Catchments combining Multi-Agent Modelling with Role Game Playing”


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INTRODUCTION

Sur une superficie de 5 985 km², le bassin versant de l’Alto Tietê comprend 35 communes réunissant 18 millions d’habitants, c’est à dire 1/10ème de la population brésilienne pour moins d’un 1/1000ème de sa superficie qui s’élève à 8 511 965 km². Cette forte densité de population est due à la présence de la ville de São Paulo et son agglomération ou Région Métropolitaine de São Paulo (RMSP- Região Metropolitana de São Paulo), moteur économique du Brésil.

Ainsi, 37 % de la superficie du bassin versant est urbanisée. On y observe une densité de population parmi les plus élevées du monde. Cette urbanisation est caractérisée par une forte activité industrielle : la RMSP est la première région productrice de biens industriels du pays, soit 18 % du Produit Intérieur Brut en 1997 (Sumario executivo).

Le bassin versant de l’Alto Tietê est considéré comme le plus problématique du pays en ce qui concerne la disponibilité en eau par habitant. Celle-ci est faible et de qualité critiquable. En effet, la demande est forte, il faut répondre aux besoins de la population et de l’activité de São Paulo, la plus grande zone urbaine du Brésil et la troisième ville mondiale en terme de population. Cette forte pression entraîne une dégradation de la qualité et une baisse de la disponibilité par habitant. D’autre part, cette zone urbaine est implantée en amont de la surface de drainage du Rio Tietê (en portugais on dit Cabeceiras : tête de bassin). Bien que la région soit humide, des précipitations annuelles supérieures à 1400 mm, c’est une surface bien supérieure à 5 985 km² qu’il faudrait à ces Cabeceiras pour subvenir aux besoins en eau de leurs 18 millions d’usagers.

Si bien que, des 63,3 m3/s d’eau potable satisfaisant 90 % des besoins sanitaires et économiques des usagers, 33 m3/s sont apportés par un autre bassin versant (Plano de Bacia).La présence de cette population sur cette surface limitée par les lois de la nature a entraîné d’abord des problèmes d’inondations dus à l’imperméabilisation des sols. Des problèmes d’allocation de l’eau existent bien sûr, et les problèmes de qualité de cette eau résultat de ce sur-usage.

Par cette limitation de la ressource, l’eau est devenue un bien précieux dans la RMSP. Il

existe par conséquent depuis les années 70 une législation d’usage et d’occupation des sols (Legislação de Uso e Ocupação do Solo). Dans un premier temps, elle a défini des zones de protection des Mananciais (56 % de la surface du bassin versant), qui quelque soit leur localisation étaient soumise aux mêmes restrictions d’usage du sol. Successivement, on a exproprié ces périmètres, organisé le traitement des eaux en aval, construit des réservoirs dans ces périmètres dans un objectif de régulation des débits.

Le système intégré de gestion des ressources hydriques (SIGRH-Sistema Integrado de Gestão aos Recursos hídricos) né de la loi d’Etat n°7663 en 1991 adopte le découpage en bassins versants comme unité de gestion que l’on appelle Unidade de Geranciamento de Recursos Hídrico ( UGRH.-Unité de Gestion des Ressource Hydriques) Dans l'UGRH de l'Alto Tietê, on met en place un Comitê de Bacia (Comité de Bassin). C'est une institution qui a pour objet de favoriser un développement durable tout en protégeant la ressource en eau.


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TABLE DES ABREVIATIONS % - pour cent Cemagref – Institut de recherche pour l’ingénierie de l’agriculture et de l’environnement CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental - Compagnie technologique d’assainissement environnemental CIRAD - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le développement DAEE - Departamento das Águas e Energia Eletrica - Département des Eaux et de l’Energie Electrique ha – hectare IBGE – Instítuto Brasileiro de Geográfia Estatística – Institut Brésilien de Geographie Statistique IIE - Instítuto Internacional de Ecologia - Institut International d’Ecologie INCRA - Instituto Nacional da Colonização e da Reforma Agraria - Institut National de la Colonisation et de la Réforme Agraire IRD – Institut de Recherche pour le Développement km² - kilomètre carré m – mètre m/s – mètre par seconde m3/h – mètre cube par heure m3/h/m – mètre cube par heure et par mètre m3/s - mètre cube par seconde mm – millimètre mm/an - millimètre par an N – Azote NEGOWAT - Facilitating Negociation over Water Conflicts in Latin-American Periurban Upstream Catchments combining Multi-Agent Modelling with Role Game Playing P – phosphore PIB - Produit Intérieur Brut RMSP - Região Metropolitana de São Paulo SABESP - Companhhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo - Compagnie d'assainissement de base de l'Etat de São Paulo SIGRH - Sistema Integrado de Gestão aos Recursos hídricos - Système Intégré de Gestion des Ressources Hydriques SMA – Système Multi Agent SPAT – Sistema Produtor do Alto Tietê – Système Producteur de l’Alto Tietê UGRH - Unidade de Geranciamento de Recursos Hídrico.- Unité de Gestion des Ressource Hydriques UML - Unified Modelling Language


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REMERCIEMENTS

Je voudrais remercier Raphaèle DUCROT et Marcel KUPER, pour leur « philosophie », du stage, de la recherche, de la modélisation, et bien sûr pour tous les apprentissages incontournables du stagiaire : méthodologie, entretiens, présentations, etc.

Je voudrais également remercier Jean Christophe POUGET et Patrick LE GOULVEN, pour les cours particuliers en début de stage, et les réponses à certaines questions tout au long.

Je voudrais remercier les gens que j’ai fréquenté dans mes recherches : celles du PROCAM, parmi lesquels j’ai travaillé à l’université de São Paulo ; Mr et Mme TUNDISI pour leur accueil, et toutes les personnes du sous bassin de l’Alto Tietê Cabeceiras, je cite Roseli et l’ingénieur MIYA.

Enfin, je voudrais remercier Mya BOUZID qui m’a bien aidée à m’intégrer dans le sous bassin.


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RESUME Depuis une trentaine d'années, la protection de la ressource en eau est devenu un enjeu majeur

pour la ville de São Paulo confrontée à une urbanisation intense. Le comportement de cette ressource étant étroitement lié à l'occupation des sols, elle se retrouve menacée par la pression sur l'environnement générée par l'expansion urbaine : augmentation de la demande en eau potable, délocalisation de l'agriculture et des quartiers populaires, etc.

La formalisation des processus hydrologiques d'un bassin versant amont de São Paulo (le sous bassin de l'Alto Tietê Cabeceiras) relève d'abord d'une analyse physique de ces processus. Il s'agit ensuite d'établir une interprétation propre des usages de l'eau et de leur impact sur le fonctionnement hydrologique naturel du bassin, précedemment étudié.

Mots clefs : agriculture périurbaine ; bassin versant ; croissance urbaine ; distribution de

l’eau ; foncier ; modélisation ; simulation. ABSTRACT

The intensive urbanisation has meant that the protection of water resources in São Paulo has become a major preoccupation in the last thirty years because of an intensive urbanisation. The physical behaviour of water being largely dependent on land use patterns, it is being radically changed by the environmental pressure of rapid urban expansion : increased demand for drinking water demand, delocalisation of agriculture as well as working class and poor residential districts, etc.

The formalisation of hydrological processes in a catchment area upstream of São Paulo (the sub catchment area of the Alto Tietê Cabeceiras) first of all requires a physical analysis of these processes followed by our own interpretation of the water uses and their impact on the resource.

Key words : periurban agriculture ; catchment area ; urban spread ; water supply ; real estate ;

modelisation ; simulation. RESUMO

Por conta da urbanização intensiva, a proteção dos recursos hídricos na cidade de São Paulo ficou uma questão de primeira ordem durante estos últimos trinta anos. O comportamento do recurso sendo muito ligado á ocupação do solo, este recurso fico ameaçado pela pressão ambiental gerada pela expansão urbana : aumento da demanda de água potável, deslocalização da agricultura e crescimento dos bairros ilegais, etc.

A formalização dos processos hidrólogicos dentro duma bacia montante de São Paulo (a sub bacia do Alto Tietê Cabeceiras) fica primeiramente numa analise física daqueles processos. Logo, a interpretação propra dos usos da água e dos impactos deles sobre o funcionamento hídrologico natural da bacia é imperativa.

Palavras chaves : agricultura periurbana ; bacia hidrógrafica ; expansão urbana ; abastecimento

da água ; computação ; simulação.

RESUMEN Resultado de una urbanización intensiva, la protección de los recursos hídricos en la ciudad de

São Paulo se ha vuelto un problema de primer orden en los ultimos treinta años. El comportamiento de este recurso, muy ligado a la ocupación del suelo, está amenazado por la presión ambiental generada por la expansión urbana : crecimiento del consumo de agua potable, relocalización de la agricultura y de los barrios populares, etc.

La formalización de los procesos hidrológicos dentro de una cuenca hidrográfica arriba de São Paulo (la sub-cuenca del Alto Tietê Cabeceiras) consiste primero en un análisis físico de aquellos procesos. Luego, la interpretación propia de los usos del agua y de sus impactos sobre el funcionamiento hídrologico natural de la cuenca es imperativa.

Palavras claves : agricultura periurbana ; cuenca hidrográfica ; crecimiento urbano ;

ditribución del agua ; modelización ; simulación.


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4.1.2 La formalisation de l'eau ________________________________________________________ 55 4.1.3 La surface du bassin : système maillé ______________________________________________ 56 4.1.4 L'utilisation d'un objet Couvert ___________________________________________________ 57 4.1.5 Les Unités ____________________________________________________________________ 58 4.1.6 Le réseau hydrographique : système arc nœud _______________________________________ 60 4.1.7 Héritages Cormas ______________________________________________________________ 62

4.2 Application au sous bassin versant de l’Alto Tietê Cabeceiras __________________ 62 4.2.1 Le système maillé ______________________________________________________________ 63 4.2.2 Les unités ____________________________________________________________________ 67 4.2.3 Le système Arc-Nœud __________________________________________________________ 73

4.3 Discussion _____________________________________________________________ 76 4.3.1 Par rapport aux autres modèles ___________________________________________________ 76 4.3.2 Par rapport au lieu______________________________________________________________ 78 4.3.3 Manques _____________________________________________________________________ 78

Conclusion _______________________________________________________________ 80

Table des illustrations ______________________________________________________ 82 1 figures___________________________________________________________________ 82 4.4 tableaux _______________________________________________________________ 82 4.5 Cartes_________________________________________________________________ 83 4.6 Diagrammes ___________________________________________________________ 83

Bibliographie _____________________________________________________________ 84

Table des annexes__________________________________________________________ 86


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SOMMAIRE

Sommaire _________________________________________________________________ 2

Résumés __________________________________________________________________ 4

Remerciements _____________________________________________________________ 5

Table des abréviations _______________________________________________________ 6

Introduction _______________________________________________________________ 7

1 Contexte _____________________________________________________________ 10 1.1 Le Brésil et l’Etat de São Paulo____________________________________________ 10

1.1.1 Le Brésil _____________________________________________________________________ 10 1.1.2 L’Etat de São Paulo ____________________________________________________________ 10

1.2 La gestion intégrée de l’approvisionnement de la RMSP _______________________ 11 1.2.1 La région Métropolitaine de São Paulo _____________________________________________ 11 1.2.2 Le bassin versant de l'Alto Tietê __________________________________________________ 12 1.2.3 Le système de production intégré à la RMSP ________________________________________ 12

1.3 Le sous-bassin de l’Alto Tietê Cabeceiras ___________________________________ 14 1.3.1 Les acteurs ___________________________________________________________________ 15 1.3.2 La vision locale de la ressource ___________________________________________________ 22 1.3.3 Usages_______________________________________________________________________ 23

2 présentation du projet et demarche ________________________________________ 32 2.1 Cadre de recherche______________________________________________________ 32

2.1.1 Cadre institutionnel ____________________________________________________________ 32 2.2 Objet d’étude __________________________________________________________ 33

2.2.1 Les Objectifs__________________________________________________________________ 33 2.2.2 La contrainte __________________________________________________________________ 34

2.3 Méthodologie, démarche _________________________________________________ 34 2.3.1 Méthodologie _________________________________________________________________ 34 2.3.2 Démarche ____________________________________________________________________ 35

3 Revue des connaissances existantes _______________________________________ 39 3.1 Les Documents clefs _____________________________________________________ 39 3.2 Travaux de recherche____________________________________________________ 40

3.2.1 Caractérisation socio-économique de la zone ________________________________________ 40 3.2.2 Caractérisation hydrogéologique __________________________________________________ 41 3.2.3 La pollution de l’aquifère ________________________________________________________ 42 3.2.4 La pollution des eaux superficielles________________________________________________ 43

3.3 Données _______________________________________________________________ 46 3.3.1 Le comportement hydrologique ___________________________________________________ 46 3.3.2 La ressource superficielle transformée par l’homme___________________________________ 48 3.3.3 La pollution___________________________________________________________________ 50

3.4 Modèles _______________________________________________________________ 51 3.4.1 MODSIM-P32 ________________________________________________________________ 52 3.4.2 SMAP (Soil Moisture Average Program) ___________________________________________ 52 3.4.3 PALMOLARE 3.0 _____________________________________ Error! Bookmark not defined.

3.5 Expérience_____________________________________________________________ 53 4 Résultats _____________________________________________________________ 54

4.1 Principes généraux du modèle_____________________________________________ 54 4.1.1 Pas de temps __________________________________________________________________ 54


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ISTOM

Ecole d’Agro-économie Internationale 32, Boulevard du Port F.-95094 – Cergy Pontoise Cédex

tél : 01 30 75 62 60 télécopie : 01 30 75 62 61 mél : [email protected]

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

Formalisation des processus hydrologiques en zone périurbaine

Application au sous bassin de l’Alto Tietê Cabeceiras, São Paulo

Figure 1: la várzea

Lucie CLAVEL, 2002 POUGET Jean-Christophe Ingénieur hydrologue modélisateur IRD TALLEUX Lydia Responsable département Sciences du vivant

CLAVEL Lucie Promotion 90 Stage effectué à São Paulo, Brésil Du 01/07/02 au 31/12/02

mailto:[email protected]

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