Résumé du projet Cartographie des ressources hydriques via le GIS pour la région de la CEDEAO - ecreee
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Cartographie des ressources hydriques via le GIS
pour la région de la CEDEAO
Résumé du projet
Juillet 2016
Funded by
COPYRIGHT@PÖYRY Cartographie des ressources hydroélectriques via le SIG pour la région de la CEDEAO 1
Juillet 2016
Introduction
Contexte et objectifs
Contexte
Le manque d’approvisionnement fiable en électricité est une préoccupation grave qui se pose
dans les 15 pays de la CEDEAO.
Si l’existe un grand potentiel pour le développement de l’hydroélectricité dans l’avenir, l’on
note toutefois un manque de données exactes – surtout pour le développement de la petite
hydroélectricité.
La présente étude soutient les initiatives énergétiques du “Centre de la CEDEAO pour
l’énergie renouvelable et l’efficacité énergétique” (CEREEC).
Objectifs généraux du projet
Évaluer le potentiel hydroélectrique de tous les fleuves dans la région de la CEDEAO.
Préparer diverses couches de données à intégrer à la plateforme en ligne du CEREEC
dénommée ECOWREX, de sorte que l’étude aboutisse à des résultats aisément accessibles
au grand public.
Identifier les régions/fleuves qui sont adapté(e)s pour le développement de l'hydroélectricité
afin d’orienter l’initiative de mesure des débits des cours d’eau du CEREEC.
Contrairement aux autres études où l’accent est mis en général sur le potentiel
hydroélectrique des grands fleuves, la présente étude s’intéresse en outre à la petite
hydroélectricité sur les petits fleuves.
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Juillet 2016
Introduction Le débit détermine
(avec la pente) le
410 jauges de débit disponibles pour cette étude potentiel hydroélectrique
d’un fleuve.
Les jauges sont
généralement situées
dans les grands fleuves
et les fleuves moyens.
Il y a rarement des
jauges dans les petits
fleuves qui sont
convenables pour la
petite hydroélectricité.
Les données des jauges
couvrent différentes
périodes d’observation.
Une régionalisation des
débits est requise
Cartographie par GIS & modélisation du bilan hydrique
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Juillet 2016
Introduction
Sources & disponibilité des données
Disponibilité de bonnes Dernières années
données Débit du fleuve Niger
2500 Périodes humides et sèches
KOULIKORO
2000 NIAMEY
Kainji inflow
1500
[m³/s]
1000
500
0
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030
year
250 Données des jauges de la GRDC
Disponibilité de données sur les monthly availability
200
gauges, availability [/]
débits de la GRDC daily availability
150
100
50
0
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030
year
Disponibilité de précip
400 GPCC Niger basin
availability, number of stations [/]
350 Disponibilité de données sur les RFE
300 précipitations TRMM 3B42
250 TRMM 3B42RT
200
150
100
50
0
01.01.1920 01.01.1930 01.01.1940 01.01.1950 01.01.1960 01.01.1970 01.01.1980 01.01.1990 01.01.2000 01.01.2010 01.01.2020 01.01.2030
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Juillet 2016
Résultats
Couche des centrales hydroélectriques existantes
Couche des zones climatiques
Potentiel hydroélectrique
Changement climatique
Défis et enseignements tirés
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Juillet 2016
Couche des centrales hydroélectriques existantes
Aperçu
Les informations au sujet des centrales hydroélectriques sont disponible à partir de
différentes sources variées de données, mais il se pose les problèmes suivants :
Sources de données incomplètes (centrales hydroélectriques manquantes)
Géocodage incorrect (mal placé jusqu’à 100km)
Informations contradictoires provenant de différentes sources de données (ex. capacité
installée)
Différents noms pour la même centrale hydroélectrique (double comptage)
Nouvelles centrales hydroélectriques non incluses dans les sources de données existantes
Objectif: Créer de nouvelles couches modernisées de centrales hydroélectriques
existantes.
Approche
Corriger le géocodage de l’emplacement des centrales hydroélectriques
Identifier l’emplacement correct au moyen d’image satellitaires
Prendre des photos instantanées de l’emplacement du réseau hydrographique
Synthèse des informations provenant de différentes sources variées (rapports, consultation
en ligne)
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Juillet 2016
Couche des centrales hydroélectriques existantes
Exemple de géocodage : CHE de Bui au Ghana (construite
récemment)
Localisation correcte
Localisation initiale
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Juillet 2016
Couche des centrales hydroélectriques (CHE) existantes
Resultats
91 CHE: Sources de données:
24 grandes CHE (> 100 MW) ECOWREX, GranD, Aquastat, H&D, JICA, SHP News, World
Small CHE Development Rep., Int. Water Power & Dam
17 moyennes CHE (30-100 MW)
Yearbook, SE4ALL, consultation en ligne, etc.
50 petites CHE (< 30MW)
21 attributs (capacité installée, année de démarrage, zone de
réservoir, etc.)
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Juillet 2016
Couches des zones climatiques
Aperçu
Objectif
Donner un aperçu des diverses
conditions climatiques
Classification
L’Hôte et al. (1996)
Basé sur les caractéristiques de la pluviosité
Sources de données
Pluviosité: TRMM 1998-2014
Température: CRU 1998-2013
Évaporation potentielle. : CRU 1998-2013
Traitement par le SIG
généralisation
Polissage
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Juillet 2016
80 40
Mean monthly precipitation [
Mean monthly temperatur
60 30
40 Pure tropical 20
Couche des zones climatiques 300
Precipitation [mm]
50
Mean monthly precipitation [mm]
Mean monthly temperature [°C]
20 10
Temperature [°C]
240 40
0 Pluviosité et température
Jan Feb Mar Apr May Jun
180
0 saisonnières
30 Jul Aug Sep Oct Nov Dec
120 20
Semiarid tropical
200 50
60
Precipitation [mm] 10
Mean monthly temperature [°C]
Mean monthly precipitation [mm]
Temperature [°C]
160 40
0 0
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
120 30
80 20
Transitional tropical
300 50
Precipitation [mm]
Mean monthly temperature [°C]
Mean monthly precipitation [mm]
40 10
Temperature [°C]
240 40
0 0
Jan Feb Mar Apr180May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 30
120 20
60 10
0 0
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Transitional equatorial
300 50
Precipitation [mm]
Mean monthly temperature [°C]
Mean monthly precipitation [mm]
Temperature [°C]
240 40
180 30
120 20
60 10
0 0
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
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Juillet 2016Potentiel hydroélectrique
Aperçu
Objectif global:
Fournir des données de base permettant d’identifier les régions qui sont adaptées
pour le développement de l'hydroélectricité.
Méthode générale :
Étape 1: Créer une couche des réseaux fluviaux pour tous les fleuves en Afrique de l'Ouest
Étape 2: Dériver des coupes longitudinales des fleuves à partir de Modèles numériques
d'élévation
Défis clés
Étape 3: Estimer les conditions de débit pour tous les tronçons fluviaux
Étape 4: Calculer le potentiel hydroélectrique à partir des pentes et du débit
Classification
Évaluer les caractéristiques préférées de centrales hydroélectriques :
Tailles des centrales
Type de centrales
Type de machines
Calculer le total du potentiel hydroélectrique pour les sous-captages
Résumer le potentiel hydroélectrique des pays
Identifier les régions/fleuves adapté(e)s pour l'hydroélectricité dans chaque pays
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Juillet 2016Potentiel hydroélectrique
Étape 1: Créer un réseau hydrographique
Exemple pour la Sierra Leone
Méthode:
Direction des flux dans le système
Hydrosheds
Traitement par le SIG (> 2 km²
seuil pour la délinéation du
tronçon)
Éliminer les tronçons non assorti
de débit (dans les régions arides)
650,000 tronçons fluviaux
en Afrique de l'Ouest
Délinéer les sous-captages
1350 sous-captages
Intérieur : > 3000 km²
Côtier : > 1000 km²
Ajustements manuels aux
réservoirs
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Juillet 2016Potentiel hydroélectrique
Étape 2: coupes longitudinales des fleuves à partir de Modèles
numériques d'élévation Méthode:
Extraire les hauteurs de début/fin des
tronçons à partir du Modèle numérique
d'élévation détaillé (MNE) en utilisant les
500 0.01
Seli River statistiques de voisinage.
450 0.009
400
Élevation
0.008
Comparer résultats avec 3 différents
pente
350 0.007
MNE:
ASTER (30 x 30 m)
Slpope [m/m]
300 0.006
Elevation [m]
250 0.005 utilisé SRTM / données Hydrosheds non
200 0.004 conditionnées
150 0.003 (90 x 90 m)
100 0.002 données Hydrosheds conditionnées (90 x
50 0.001 90 m)
0 0 Appliquer un algorithme de lissage pour
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Chainage [km] assurer une pente continue dans la
direction du flux :
Remplir les cuvettes (vers l’amont)
Creuser à travers les barrières (vers l’aval)
Examiner le niveau dans les réservoirs
existants
Résultat: Élévation constante début/fin
pour 650 000 tronçons fluviaux.
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Juillet 2016Potentiel hydroélectrique
Étape 3: Estimer les conditions de débit pour tous les tronçons fluviaux
Il s’agit là d’un défi de taille !
Méthode :
Modélisation du bilan hydrique distribué, annuel pour estimer le débit moyen annuel
Prendre en compte les pertes (plaines inondables, grands systèmes d’irrigation)
Préparer des données d'entrée pour le modèle de bilan hydrique
Précipitation (GPCC, TRMM)
Évapotranspiration potentielle (CRU)
Pertes (irrigation, plaines inondables)
410 jauges utilisées pour calibrer/vérifier les résultats.
Les modèles de débit mensuels moyens sont dérivés des statistiques de la jauge.
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Juillet 2016Étape Ad 3: estimation de débit
Irrigation et pertes de plaines inondables Simulation invraisemblables des débits
pour plusieurs fleuves, si les pertes ne
sont pas prises en compte :
Niger
Sokoto
Yobe
Black Volta
etc.
Pertes prises en compte à 32 points
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Juillet 2016Étape Ad 3 : estimation de débit
Comparaison du débit annuel moyen simulé par opposition à celui
observé
6000 400
5000
Simulated discharge [m³/s]
Simulated discharge [m³/s]
300
4000
3000 200
2000
100
1000
0 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 100 200 300 400
Observed discharge [m³/s] Observed discharge [m³/s]
GPCC data, 1950-2010
401 jauges avec Qobs disponibles
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Juillet 2016Étape Ad 3: estimation de débit
Comparaison du débit annuel moyen simulé par opposition à celui
observé
6000 400
5000
Simulated discharge [m³/s]
Simulated discharge [m³/s]
300
4000
3000 200
2000
100
1000
0 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 100 200 300 400
Observed discharge [m³/s] Observed discharge [m³/s]
GPCC data, 1950-2010
401 jauges avec Qobs disponibles
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Juillet 2016Étape Ad 3: estimation de débit
Comparaison des séries chronologiques du débit annuel simulé par
opposition à celui observé
1600 Qobs_221
1400 Senegal @ Bakel Qsim_221
1200
Qsim_221
1000
[m³/s]
800
600
400
200
0
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
2500 Qobs_018
2000
Niger @ Koulikoro Qsim_018
Qsim_018
1500
[m³/s]
1000
500
0
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
900 Qobs_120
800
Bandama @ Tiassale Qsim_120
700
600 Qsim_120
500
[m³/s]
400
300 Q Observé
200
100 Q Simulé (GPCC)
0
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Q Simulé (TRMM)
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Juillet 2016Étape Ad 3: estimation de débit
Modèles de débit mensuels moyens assignés à partir des données de
jauges observées
6
5 P5.5_M8
P5.5_M8.5
4
P5.5_M9
Neuf régimes de débits saisonniers types ont été identifiés. P3.5_M9
[/]
3
P2.5_M9
Le routage le long des grands fleuves a dû être pris en compte 2 Coast_transition
(superposition de différents régimes). Coast
1
CM
L’impact des plaines inondables et des réservoirs a dû être pris
0 Coast_NG
en compte (cycle saisonnier d’humidification). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
month
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Juillet 2016Potentiel hydroélectrique
Étape 4: Calculer le potentiel hydroélectrique
Potentiel hydroélectrique (linéaire) : Pi = 8.5 * Qi * dzi [kW]
Potentiel hydroélectrique spécifique : pi = Pi / Li [kW/km]
Entrées requises :
réseau hydrographique assorti de tronçons distincts i.
débit Q [m³/s] à chaque tronçon i: tiré de l’analyse du bilan hydrique
pente dz [m/m] of chaque tronçon: tiré du modèle d’élévation numérique
longueur L [km] de chaque tronçon: SIG
Potentiel hydroélectrique
P [MW]
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Juillet 2016 Système de classification
Potentiel hydroélectrique basé sur :
des considérations générales
Classification de la taille des centrales (longueur de voie en relation
avec l’hydroélectricité,
charge de pression requise,
1000 etc.)
1–30 MW > 30 MW Centrales hydroélectriques
100 existantes (tel que construit)
en Afrique de l'Ouest
Specific potential [MW/km]
Large
10
Medium
Les systèmes polyvalents
< 1 MW
Small
CHE
existantes
peuvent ne pas cadrer
1 Mini
avec le système de
lower bound 1
classification :
0.1 lower bound 2 Certains réservoirs existants
medium/large bound
ont été construits
0.01
principalement pour
small bound
l’irrigation, mais
l'hydroélectricité a été mise
0.001 en œuvre
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Mean annual flow [m³/s] Ces systèmes polyvalents
nécessiteraient une
évaluation à part (pas
seulement ciblant le potentiel
hydroélectrique)
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Juillet 2016Potentiel hydroélectrique
Système de classification pour la taille des centrales
Taille préferrée des centrales hydroélectriques
Si un fleuve a un potentiel hydroélectrique « adapté », alors
il convient de le présélectionner parmi les sites potentiels
d'hydroélectricité en tenant compte des contraintes
environnement ales, sociales, techniques et économiques.
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Juillet 2016Potentiel hydroélectrique
Profiles longitudinaux des fleuves
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Juillet 2016Potentiel hydroélectrique
Classification des type de centrales
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Juillet 2016Changement climatique
Aperçu
Questions clés:
Comment le débit (potentiel hydroélectrique) changera-t-il dans l’avenir?
Y aura-t-il des incidences négatives sur l'hydroélectricité en Afrique de l'Ouest?
CORDEX-Africa
Expérience régionale coordonnées des études des phénomènes sous-échelle pour l’Afrique
Projections les plus détaillées du changement climatique actuellement disponibles pour l’Afrique
15 combinaisons de Modèles climatiques régionaux (MCR) et de Modèles climatiques mondiaux (MCM)
Deux scénarios d’émission (Scénarios RCP - évolution représentative de la concentration en gaz à effet de
serre):
RCP4.5: réchauffement modéré
RCP8.5: réchauffement important
Traitement des données des MCR
1350 sous-zones en Afrique de l'Ouest
Variables prises en compte
Précipitation
Température de l’air
Forçage du modèle de bilan hydrique avec des signaux de changement climatique tirés des MCR
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Juillet 2016Projection du changement climatique pour 2046-2065 par rapport à
1998-2014
Projection médiane sur 30 séquences de modèles climatiques
Précipitation annuelle
Changement [en %]
Température de l’air
Changement [en %]
Année hydrologique
Changement [en %]
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Juillet 20161350 sub-areas
Changement climatique
Exemple du Fleuve Makona (Guinée)
CLMcom-CNRM_rcp45 CLMcom-CNRM_rcp85
3
CLMcom-ICHEC_rcp45 CLMcom-ICHEC_rcp85
Température annuelle de l'air
CLMcom-MOHC_rcp45 CLMcom-MOHC_rcp85
2.5
Change in air temperature [°C]
CLMcom-MPI_rcp45 CLMcom-MPI_rcp85
DMI-ICHEC_rcp45 DMI-ICHEC_rcp85
2 KNMI-ICHEC_rcp45 KNMI-ICHEC_rcp85
SMHI-CCCma_rcp45 SMHI-CCCma_rcp85
1.5 SMHI-CNRM_rcp45 SMHI-CNRM_rcp85
SMHI-ICHEC_rcp45 SMHI-ICHEC_rcp85 Modèle de bilan hydrique
1 SMHI-IPSL_rcp45 SMHI-IPSL_rcp85
SMHI-MIROC_rcp45 SMHI-MIROC_rcp85
SMHI-MOHC_rcp45 SMHI-MOHC_rcp85
0.5
SMHI-MPI_rcp45 SMHI-MPI_rcp85
SMHI-NCC_rcp45 SMHI-NCC_rcp85
0 SMHI-NOAA_rcp45 SMHI-NOAA_rcp85
1998-2014 2026-2045 2046-2065 140
median
Débit
Discharge [%] relative to 1998-2014
CLMcom-CNRM_rcp45 CLMcom-CNRM_rcp85
130
1.3
CLMcom-ICHEC_rcp45 CLMcom-ICHEC_rcp85
Précipitation annuelle 120
CLMcom-MOHC_rcp45 CLMcom-MOHC_rcp85
1.2
CLMcom-MPI_rcp45 CLMcom-MPI_rcp85 110
DMI-ICHEC_rcp45 DMI-ICHEC_rcp85
1.1 KNMI-ICHEC_rcp45 KNMI-ICHEC_rcp85 100
Precip ratio [/]
SMHI-CCCma_rcp45 SMHI-CCCma_rcp85
1 SMHI-CNRM_rcp45 SMHI-CNRM_rcp85 90
SMHI-ICHEC_rcp45 SMHI-ICHEC_rcp85
80
0.9 SMHI-IPSL_rcp45 SMHI-IPSL_rcp85
SMHI-MIROC_rcp45 SMHI-MIROC_rcp85
70
SMHI-MOHC_rcp45 SMHI-MOHC_rcp85
0.8
SMHI-MPI_rcp45 SMHI-MPI_rcp85 60
SMHI-NCC_rcp45 SMHI-NCC_rcp85 2026-2045 2046-2065
0.7 SMHI-NOAA_rcp45 SMHI-NOAA_rcp85
1998-2014 2026-2045 2046-2065 median
Period
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Juillet 2016Résumé
Résultats
La présente étude donne une évaluation régionale du potentiel hydroélectrique de
tous les fleuves en Afrique de l'Ouest, en utilisant une méthodologie cohérente.
Les régions attrayantes sont identifiables avec précision en termes de :
Pico/micro/mini CHE < 1 MW
Petite CHE 1-30 MW
Moyenne/grande CHE > 30 MW
Changement climatique
Un réchauffement considérable est attendu dans l’avenir, conduisant à des pertes plus fortes
par évaporation
Les changes des précipitations futures affichent les différences existant entre les régions
(hausses/baisses)
Changes attendus du débit futur:
Hausse par exemple en Sierra Leone, au Liberia
Baisse par exemple dans le bassin inférieur du Sénégal
Pas de changement significatif par exemple dans le bassin du fleuve Volta
Le changement climatique devrait être pris en compte dans le développement d’une
production hydroélectrique à la pointe de la technologie.
Le changement climatique n’est pas un scénario de la pire éventualité pour l'hydroélectricité
en Afrique de l'Ouest.
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Juillet 2016Défis et enseignements tirés
Un géocodage correct prend beaucoup de temps en raison de l’absence d’information exacte.
410 jauges de débit
91 centrales hydroélectriques existantes
A plusieurs jauges, les données sur le débit observé semblent être affectées par de graves
erreurs de justesse,
notamment après 1990.
Il y a de grande divergences entre les ensembles de données hydrométéorologiques
Précipitation: GPCC, TRMM, RFE
Évapotranspiration potentielle : CRU, E2O, Climwat
Le calibrage du modèle de bilan hydrique peut s’avérer quasiment compliqué. À quelles
informations se fier?
Débit observé par erreur de justesse? jauge mal placé?
Précipitations et données d’évaporation comportant des erreur de justesse?
Structure adéquate du modèle?
Comme dans bien d’autres régions du monde, la disponibilité des données est meilleure pour la
période allant de 1961 à 1990. Toutefois, cette période est actuellement trop éloignée pour
servir de période de référence pour le potentiel hydroélectrique “actuel”, surtout lors de
l’examen des périodes de sécheresse dans les années 80.
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Juillet 2016Perspectives
Intégration de nouvelles couches dans le système ECOWREX
Couche par zone climatique
Couches des centrales hydroélectriques existantes
Couches du potentiel hydroélectrique
couche des réseaux fluviaux
Couche des sous-régions
Rapports pays
Information sur le changement
Climatique dans :
la couche par zone climatique
la couche des réseaux fluviaux
la couche des sous-régions
les rapports pays
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Juillet 2016Perspectives
Activités de sensibilisation
Sensibilisation
Présentations lors des conférences
Ex. « Stockage de l’eau et développement de l'hydroélectricité en Afrique », Maroc, mars 2017
Publications dans des revues
Ex. « The International Journal on Hydropower & Dams »
Informer activement les diverses institutions
Ex. « Association Internationale pour l'hydroélectricité »
Formation
Formation pratique
Comment utiliser le système ECOWREX pour l’évaluation de l'hydroélectricité
Avoir une meilleure compréhension des processus hydrologiques pertinents
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