La solution du quiz d’octobre 2010 : la mer d’Aral vue par le satellite européen Envisat

Bravo à Christelle, Bérengère et Eric qui ont proposé la bonne réponse dès le 5 octobre ! Alice et Grégoire ont également trouvé, mais à la fin du mois.

C’est donc bien la mer d’Aral, vue par le capteur MERIS du satellite européen Envisat. L’image a été acquise le 24 juin 2010 à 6h25 UTC. L’extrait publié ici occupe une zone d’environ 680 kilomètres de côté. Il est centré approximativement sur la latitude 45°N et la longitude 60°E.

La mer d’Aral vue par le satellite Envisat - Extrait d’une image acquise le 24 juin 2010 à 6h25 UTC.
Crédit image : Agence Spatiale Européenne (ESA).
Un traitement de rehaussement de contraste a été appliqué par Planète Sciences Midi-Pyrénées.

Situation géographique de la mer d'Aral

La superficie totale du bassin de la mer d’Aral est de 2.7 million km² et il est partagé entre 7 états riverains: l’Afghanistan, le Kazakhstan, le Kirghizistan, l’Ouzbékistan, le Tadjikistan, le Turkménistan et la République islamique d’Iran.

Le caractère de mer fermée, sans contact avec les océans rend aussi la mer d’Aral particulièrement influençable par les activités humaines et les variations climatiques.

Jusqu’au début des années 1960, la mer d’Aral, entre le Kazakhstan au nord et l’Ouzbékistan au sud, était la 4^ème plus grande mer intérieure au monde avec une surface de près de 70 000 km². Elle possédait des écosystèmes uniques abritant une flore et une faune très diversifiées.

Carte du bassin de la mer d’Aral. Elle montre les fleuves Amou Darya et Syr Darya,
le canal Kara Kum et les villes d’Aralsk, Nukus et Muynak. Le trait de côte de la mer d’Aral
en 1960 sert de référence.

Les conséquences à retardement de décisions du début du vingtième siècle : de la guerre de sécession aux Etats-Unis à l’assèchement de la mer d’Aral, en passant par la politique d’irrigation de l’ex-URSS, une des plus importantes catastrophe écologiques du vingtième siècle

Le problème de la mer d’Aral est directement lié à la question de l’utilisation rationnelle de l’eau. Pour l’encyclopédie Wikipédia, un écocide est un « acte de destruction d'un écosystème, notamment par l'exploitation excessive de celui-ci dans le but de subvenir à d'autres processus ou systèmes ». Avec la déforestation totale de l’île de Pâques et l’utilisation massive de l’agent orange pendant la guerre du Vietnam, l’assèchement de la mer d’Aral est un exemple d’écocide, néologisme construit à partir des mots écosystème et génocide.

La guerre de Sécession aux Etats-Unis a amené l’empire russe à développer la culture cotonnière en Asie centrale afin de faciliter et sécuriser son propre approvisionnement. Juste avant la première guerre mondiale, le coton occupait déjà 400.000 hectares de terres irriguées dans la région correspondant à l’actuel Ouzbékistan. Le régime soviétique a accentué la politique amorcé par le tsar : la coton, « l’or blanc », est devenu une priorité pour l’exportation et l’URSS est devenue un exportateur net en 1937. L’ouverture du canal Kara Kum en 1956, le plus grand canal d'irrigation au monde destiné à alimenter le Turkménistan, a augmenté les prélèvements d’eau sur l'Amu-Daria.

Combinée à des années de pénuries d’eau, l’intensification de l’irrigation à partir des rivières Amu-Darya et Syr-Darya a causé une forte diminution de la surface de la mer d’Aral et une baisse du niveau de l’eau. Quatre vingt quatorze réservoirs et 24 000 km de canaux ont été construits sur ces deux fleuves. La superficie irriguée, qui est passée de 2,2 millions d'hectares en 1913 à 4,5 millions d'hectares en 1960, puis à 7,1 millions d'hectares en 1980. La superficie a ensuite continué à augmenter puisqu'elle atteint en 1988 les 9,4 millions d'hectares.

Des conséquences multiples et durables : 

La salinité de l’eau a augmenté, détruisant progressivement la biodiversité de la mer d’Aral : l’activité de pêche, qui était une importante source d’emplois, s’est effondrée.

La pauvreté a augmentée avec la baisse de la nourriture fournie par la pêche. Il existait deux ports de pêche actifs, Aralsk (aujourd'hui au Kazakhstan) et Muynak (aujourd'hui en Ouzbékistan). Muyniak, au Karakalpakstan, qui fut un port de pêche de 40000 habitants, se retrouve aujourd’hui au milieu des terres et a perdu les trois quarts de sa population.      Des rencontres inattendues : des bateaux de pêches au milieu du désert. Photographie prise en août 2009 à proximité de la ville de Muynaq. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Łukasz Kruk. Lukasz Kruk est géographe. Il voyage beaucoup, toujours accompagné d’un appareil photo.

La dispersion des poussières et de la pollution accumulées dans le lac asséché est à l’origine de nombreux problèmes de santé : l’usage excessif de pesticides et d’engrais a pollué les eaux de surface et souterraines. Le lit de la mer d’Aral est désormais une étendue de sable où les tempêtes fréquentes emportent des millions de tonnes de sable chargé de pesticides et de fertilisants sur de grandes distances. L’eau potable y contient quatre fois plus de sel que la limite recommandée par l’OMS (Organisation mondiale de la santé), entraînant une multiplication des maladies rénales, des diarrhées et autres affections graves comme le cancer de l’œsophage. 90 % des femmes souffrent d’anémie et la mortalité infantile y est six fois supérieure à la moyenne des pays de l’union européenne. En 2009, la mortalité infantile est de 25,75 pour mille au Kazakhstan et 23,43 pour mille en Ouzbekistan.

Une tempête de sable sur le côté est de la mer d’Aral. Image n°ISS015-E-7874 acquise le 12 mai
2007 par les astronautes de la station spatiale internationale. Appareil Kodak 760C avec une optique
de 180 mm de focale. Dans cet exemple, le vent souffle à part de l’ouest, en bas à gauche de
l’image. La couleur blanche le long de partie inférieure correspond à des dépôts de sel et d’argile.
Crédit image : Image Science and Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center

La réduction importante de la taille de la mer d’Aral a également modifié le climat régional, avec des étés plus chauds et plus secs et des hivers plus froids : la masse d’eau de la mer d’Aral, avec son inertie thermique, limitait l’amplitude des températures en été et en hiver. Le climat est désormais davantage continental : le gel se produit plus tardivement au printemps et plus tôt en automne. La période de croissance des plantes est réduite (170 jours par an) et il faut utiliser davantage d’engrais et de produits phytosanitaires. Un cercle vicieux…

La salinité des sols et la poussière ont entraîné une réduction des zones de pâturage et de la production fourragère. Renforcée par des techniques d’irrigation par inondation, cette salinisation a causé une très forte diminution des surfaces cultivées et des rendements.

L’évolution de la mer d’Aral vue par les satellites d’observation de la Terre entre 1960 et juillet 2010

L’impact environnemental de la disparition progressive de la mer d’Aral a fait l’objet d’une surveillance continue par les satellites d’observation. En complément de l’image du satellite Envisat qui faisait l’objet de ce quiz, j’ai sélectionné quelques images qui me paraissent représentatives et qui peuvent être utilisées en classe pour effectuer des comparaisons. Il est frappant de voir que la mer d’Aral a été suivie par satellite pratiquement depuis le début de l’aventure spatiale, puisque les premières images que j’ai trouvées datent d’août 1962.

Le début des années soixante : les images déclassifiées des premiers satellites espions américains

C’est en février 1995 que le président Clinton autorisa la déclassification des images des premiers satellites espions américains (dans le cadre de l’initiative Public Eye).

La première image a été acquise en août 1962 par un satellite KH-4 de la série Corona. Il est peu probable que les militaires américains s’intéressaient à la mer d’Aral et à son environnement. Par contre, la mer d’Aral est à moins de 250 km du cosmodrome de Baïkonour d’où Youri Gagarine s’était envolé en avril 1961. Un peu plus d’un an après le discours du président Kennedy qui lançait le programme Apollo, en pleine course à la Lune entre les américains et les soviétiques, on peut imaginer que c’est donc davantage le site de Baïkonour qui intéressait les américains et que la mer d’Aral était, un peu par hasard, dans le champ de la photo !

Image acquise le 29 août 1962 par un satellite KH-4 (1962-A-Sigma-1 dans la classification COSPAR).
Le satellite a été lancé le jour même depuis la base de Vandenberg par une fusée Thor Agena-D.
L’apogée est à 400 km d’altitude et le périgée à 187 km. La période est de 90 minutes.
La capsule contenant le film a été récupérée 4 jours plus tard.

L’image suivante provient d’un des satellites Keyhole 5 ou KH-5, également appelés Argon, fabriqués par la société Lockheed et lancés entre février 1961 et août 1964 par des fusées Thor Agena B et D. Comme pour les satellites de la série Corona, les satellites Argon embarquaient une caméra et des cartouches de films photographiques qui sont éjectés puis récupérés à la fin de la mission. Les images, qui couvraient une zone d’environ 560 km de large avec une résolution de 150 mètres étaient destinées aux applications de cartographie. Les missions duraient de un à quinze jours. Des avions avaient été spécialement préparés pour récupérer les capsules contenant les précieuses pellicules et qui descendaient sous parachute après la rentrée dans l’atmosphère. Ces capsules étaient même conçues par les américains pour couler au bout de quelques jours pour éviter qu’elles soient récupérées par d’autres…

Image de la mer d’Aral acquise par le satellite Argon/C-84 le 21 août 1964.
Crédit image : US Geological survey (USGS), Earth Resources Observation and Science Center (EROS).

En 1960, les pêcheries de la mer d’Aral produisaient près de 50 000 tonnes de poisson. En 1960, la superficie de la mer d’Aral était de près de 70000 km², sa profondeur moyenne était de 16 mètres avec une profondeur maximale de 68 mètres. Sa teneur en sel était de 1%. Dans la suite de cet article, je considère que l'année 1960 est l'année de référence pour toutes les comparaisons.

Les années 70 : les premiers symptômes clairement visibles

-15% en 1970, -21% en 1975, -30% en 1980 par rapport à l’année de référence 1960 : c’est au cours des années 70 que les signaux alarmants deviennent très visibles, avec notamment la diminution de la surface de mer d’Aral. Sur la même période. Sur la même période la salinité passe de moins de 10 g / l (1%) à près de 17 g /l.

Evolution de la surface en eau et de la salinité de la mer d’Aral de 1960 à 1985.
Source : base de données du projet INTAS-0511 REBASOWS sur le site cawater-info.net.
Tableau des caractéristiques morphométriques de la mer d’Aral de 1911 à 2006.

Note : On trouve plusieurs références avec des chiffres qui diffèrent en valeurs absolues, pour les mesures de surface. J'ai vérifié que les valeurs relatives (variations d'une année sur l'autre). Dans cet article, toutes les surfaces fournies pour la Mer d'Aral proviennent de la même base de données.

Combinaison de scènes acquises par le satellite Landsat-1 (instrument MSS, Multi Spectral Scanner)
entre avril et septembre 1973. La composition colorée utilise les bandes 4, 2 et 1.
La résolution est de 127 mètres.
Crédit image : US Geological survey (USGS), Earth Resources Observation and Science Center (EROS)

Les années 80 : la séparation entre les parties nord et sud

Les champs de coton couvraient jusqu’à 2,1 millions d'hectares en 1987. Alors que le delta de l’Amu Darya comptait 2300 km² de lacs en 1936, cette surface tombe à 76,3 km² en 1980. Pour le Syr Daria, la surface des lacs passe de 1490 km² en 1936 à 400 km² en 1976. La séparation entre la petite mer au nord et la grande mer au sud date de 1989.

Combinaison de scènes acquises par le satellite Landsat-4 (instrument MSS, Multi Spectral Scanner)
entre le 10 août et le 22 septembre 1987. La composition colorée utilise les bandes 4, 2 et 1.
La résolution est de 127 mètres.
Crédit image : US Geological survey (USGS), Earth Resources Observation and Science Center (EROS)

Par rapport à l'image Landsat de 1973, on note le développement important des zones d'agirulture irriguées : sur ces images, le canal 4 représenté en rouge correspond à la bande spectrale proche-infrarouge. La végétation active  (riche en chlorophylle) réfléchit fortement dans la plage des 0,7–0,9 micromètres, tandis qu’elle réfléchit peu dans la région des 0,6–0,7 micromètres. Sur ces images, le rouge vif est caractéristique des zones de cultures irriguées, qui contrastent fortement avec les zones plus arides.

Les années 90 : des efforts pour tenter d’enrayer la catastrophe

En 1994, la prise annuelle de poisson n’était plus que de 5 000 tonnes. En 1998, la surperficie de la mer d’Aral est de 28700 km². Des mesures pour arrêter la catastrophe n’ont été prises que dans les années 90. Cette réaction tardive a permis une amélioration mais le patrimoine naturel de la mer d’Aral est en partie définitivement perdu.

Combinaison de scènes acquises par le satellite Landsat-7 (instrument ETM+, Enhanced Thematic
Mapper Plus) en août 1999. La composition colorée utilise les bandes 4, 3 et 2.
La résolution est de 127 mètres.
Crédit image : US Geological survey (USGS), Earth Resources Observation and Science Center (EROS)

A l’initiative du maire de la ville d’Aralsk, une digue en sable et roseaux a été construite pour séparer les parties nord et sud de la mer d’Aral. En clair, la situation de la partie sud est trop dégradée pour espérer une amélioration. Le barrage permet d’essayer de sauver ce qui reste de la partie nord en faisant remonter le niveau des eaux. En 1999, la digue est détruite par une tempête et le niveau de la mer rebaisse en partie.

Les années 2000 : un suivi continu par satellite et quelques signes positifs pour la mer d’Aral du nord ?

Les satellites américains Terra et Aqua lancés respectivement en 1999 et 2002 embarquent le capteur MODIS, un spectromètre imageur. La résolution est moyenne (de 250 à 1000 mètres selon les bandes spectrales) mais MODIS possède 36 bandes spectrales les caractéristiques des orbites des deux satellites permettent d'observer une même région tous les jours. La série d'images suivantes illustre ces possibilité de surveillance continue.

Série d’images acquises par le capteur MODIS des satellites Terra et Aqua d’août 2000 à août 2009.
Toutes les images ont été prises entre le 12 et le 19 août pour faciliter les comparaisons d’une année à l’autre.
Crédit image : NASA/GSFC, MODIS Rapid Response.

Depuis 2001, dans le cadre d’un projet conjoint avec la banque mondiale, le Kazakhstan a construit le barrage Kok-Aral et une série de digues et de canaux pour rétablir le niveau de l’eau de la zone nord de la mer d’Aral. Au printemps 2007, des scientifiques constataient que la partie nord de la mer d’Aral se remplissait plus rapidement que ce qui était espéré : la partie nord de la mer d’Aral à augmenté d’un tiers, et le niveau de l’eau s’est élevé de 30 mètres à 38 mètres. Les autorités du Kazakhstan espèrent ainsi pouvoir remettre en eau le port d’Aralsk…

La superficie de la mer d’Aral est d'environ 19200 km² en 2004.

L'évolution différente des mers d'Aral nord et sud est également clairement visible sur les données des satellites d'altimétrie. Les deux courbes suivantes montrent l'évolution du niveau d'eau depuis le lancement de Topex-Poséidon en 1992.  A gauche, la dégradation est continue sur la partie sud. A droite, le signal est plus difficile à interpréter :  la précision des mesures altimétriques sur la mer d'Aral nord est moins bonne à cause de la disposition des traces au sol des satellites et à sa configuration géométrique (elle est plus enclavée) : le faisceau radar se réfléchit sur des surfaces hétérogènes (terres et eau) et le signal retour est bruité. On décèle néanmoins un changement positif à partir de 2006.

Séries temporelles des niveaux d'eau de la Grande Mer d'Aral au sud (à gauche) et de la Petite Mer d'Aral au nord (à droite) mesurés à partir de données altimétriques. Crédit image : Legos.

Image acquise par le capteur MODIS du satellite Aqua le 7 septembre 2010.
Crédit image : NASA/GSFC, MODIS Rapid Response.

Sur la composition colorée du satellite Aqua, l’eau apparaît en couleur vert émeraude sur la mer d’Aral du Nord et sur la partie ouest de la mer du Sud : ce vert plus sombre indique des eaux plus profondes. Le vert clair, sur la partie est de la mer du sud correspond aux eaux peu profondes. Les tourbillons en vert clair dans les parties sombres sont vraisemblablement des eaux plus riches en algues ou en phytoplancton. Les bandes claires sont des dépôts de sel.

La mer d’Aral : un exemple pour inciter à prendre conscience de l’impact des activités humaines sur l’environnement.

Cet article met l’accent sur le désastre écologique de la mer d’Aral. Il n’aborde pas directement les questions de développement de l’agriculture et plus largement de développement des régions concernées. En tout état de cause, ce ne sont pas des choix de développement durable. Des actions volontaristes ont récemment permis d'améliorer très partiellement la situation au nord.

L’exemple de la mer d’Aral, y compris par sa dimension internationale, me frappe par la similitude avec la question du changement climatique et le rôle de l’activité humaine. Nous avons sous les yeux depuis des années des indicateurs alarmants et des faits scientifiques qui établissent la relation entre ce réchauffement et notre activité, ou plus précisément la consommation d’énergie qu’elle représente. Saurons-nous prendre à temps des décisions, certes difficiles, mais susceptibles de rectifier le tir avant qu’il ne soit trop tard ? Le sommet de Cancun (Mexique) sur le climat se tiendra du 29 novembre au 10 décembre 2010. Après la déception de Copenhague en décembre dernier, les négociations internationales peinent à redémarrer et L’Europe ne pourra peser que si elle affiche une position claire et unie.

Sources utilisées :

• Images des satellites Envisat (ESA) Argon (USGS), Landsat (USGS), Aqua et Terra (NASA) et commentaires associés.
• Chiffres concernant la mer d’Aral sur le portail de connaissance sur les questions d’eau et d’environnement en Asie Centrale (base de données sur la mer d’Aral).
• Chiffres concernant la santé sur le site de l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé) et sur le site populationdata.net
• 3^ème Rapport mondial des Nations Unies sur la mise en valeur des ressources en eau: «L’eau dans un monde qui change» (UNESCO).
• Articles de l’encyclopédie Wikipédia.

En savoir plus :

• Un dossier complet sur la mer d'Aral sur le site www.eaudela.org.
• Les leçon à tirer de l'initiative Lake Basin Management (en anglais).
• En anglais, sur le site worldlakes, la page sur la mer d’Aral.
• Un article sur la mer d'Aral sur le site www.regarddegeographe.com. 
• Un article publié en septembre 1998 sur le site de la FAO (Organisation des Nations Unies pour l'Alimentation et l'Agriculture, Food and Agriculture Organisation) : "le temps est-il venu de sauver la mer d'Aral ?"
• Un vidéo du Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) sur le site dailymotion.  
• Un article et des photos sur le site dinosoria.  
• Une base de données sur la mer d’Aral, avec en particulier les données morphologiques et les données bathymétriques sur le portail de connaissances sur l'eau et l'environnement en Asie Centrale. 
• Sur le site de l’UNESCO, Le 3ème Rapport mondial des Nations Unies sur la mise en valeur des ressources en eau : «L’eau dans un monde qui change».
• Sur le site populationdata.net, les chiffres de mortalité infantiles pour le Kazakhstan et l’Ouzbekistan et des comparaisons avec d’autres pays. 
• Sur le site de l'Organisation Mondiale de la Santé, des statistiques sur le Kazakhstan  et l'Ousbekistan.  
• Sur le site de la FAO, les conséquences de la contamination des eaux sur la santé de la population dans la région de la mer d'Aral.
• Sur les premiers satellites espions américains : le programme Corona, les caractéristiques des satellites Corona, l'historique des missions Corona, la récupération des photos par avion, une galerie de photos sur les satellites Corona, les satellites Key Hole 5 (KH-5).
• Les caractéristiques des satellites Landsat sur le site Eoedu.
• Les autres articles du blog Un autre regard sur la Terre sur le thème de la gestion de l'eau.

Suggestions d’utilisations pédagogiques en classe :

• Travail sur l’évolution de la surface de la mer d’Aral : en utilisant les images satellites publiées ici et en tenant compte de la résolution de ces images, estimer la surface de la mer d’Aral et tracer un graphique représentant l’évolution de cette surface au cours du temps. On peut essayer de traiter séparément la « grande » mer d’Aral et la petite mer d’Aral. Voir une suggestion de travail pour élève (en anglais) sur le site de la NASA.
• Etude bibliographique sur le développement de la culture du coton et la riziculture autour de la mer d’Aral. Analyse des politiques dans les deux pays limitrophes, le Kazakstan et l’Ouzbekistan. Aspects historiques et contexte international.

Les quiz image des mois précédents :

• Le quiz image satellite de septembre 2010 et la réponse.
• Le quiz image satellite d'août 2010 et la réponse.
• Le quiz image satellite de juillet 2010 et la réponse.
• Les autres quiz satellites d'observation et environnement.