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Ait Hssaine, Bouchra. Spatialisation des flux d'énergie et d'eau : combinaison de la modélisation des échanges de surface-atmosphère et de la télédétection optique, thermique et micro-ondes

Ait Hssaine, Bouchra (2019). Spatialisation des flux d'énergie et d'eau : combinaison de la modélisation des échanges de surface-atmosphère et de la télédétection optique, thermique et micro-ondes.

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Résumé en francais

Une estimation précise de l'évapotranspiration (ET) à grand échelle est une priorité pour comprendre les interactions sol-atmosphère, particulièrement dans les zones semi-arides. La télédétection fournit des informations très pertinentes à grande échelle pour alimenter les modèles d'ET. Généralement, trois variables dérivées de la télédétection sont utilisées pour déterminer la distribution spatiale de l'ET : l'humidité du sol en surface (SM) dérivée des données micro-ondes, la température de surface (LST) dérivée des données infrarouges thermiques et les indices de végétation (ou fraction de couvert fc,) issus des réflectances visible/proche infrarouge. Cependant, très peu d'études ont tenté de combiner les trois variables dans un même modèle ET. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est d'améliorer l'estimation de l'ET en combinant la modélisation par télédétection optique /micro-ondes à multiples résolutions et la modélisation des échanges surface-atmosphère. Dans la première partie, le modèle de bilan d'énergie à double source (TSEB) basé sur les données de LST, fc et le coefficient de Priestley Taylor (αPT) qui relie l'ET au le rayonnement net est testé sur une zone hétérogène à Niamey, Niger (Wankama). Les prédictions du modèle en terme de flux de chaleur latente (LE) et sensible (H) sont comparées aux données acquises par un scintillomètre à grande ouverture (LAS) installé sur un transect d'environ 3,2 km couvrant trois types de végétation (mil, savane et jachère). Les résultats obtenus pour H et LE sont pertinents. Cependant, une surestimation des flux simulés à la fin de la saison est remarquée. Ce qui est principalement due à la valeur de αPT (fixé généralement à 1,26). Dans la 2ème partie, un nouveau modèle appelé TSEB-SM dérivé du formalisme TSEB a été développé en utilisant, en plus des données LST et fc, les données de SM comme une contrainte supplémentaire sur l'évaporation du sol. Une calibration innovante est proposée pour extraire trois paramètres clés : le coefficient de Priestley Taylor (αPT) et les paramètres (arss and, brss) de la résistance du sol. En pratique, arss et brss sont extraits à l'échelle saisonnière à partir des données SM et LST avec fc inférieur à un seuil donné fc,thres(fc,thres = 0.5), tandis que αPT est inversé à la échelle journalière à partir des données SM et LST pour fc> fc,thres. Le modèle TSEB-SM est testé sur une parcelle de blé inondée et 2 parcelles de blé irriguées en goutte-à-goutte en utilisant les données in-situ collectées lors de deux expériences expérimentales en 2002-2003 et en 2016-2017 dans le bassin versant du Tensift. L'insertion de la résistance du sol dans le modèle TSEB améliore l'estimation de l'évaporation du sol et, par conséquent, améliore la partition de l'ET. L'analyse de la série temporelle indique que αPT suit principalement la phénologie de la culture de blé, avec une valeur maximale correspondant au développement complet de la biomasse verte et une valeur minimale atteinte à la récolte. Finalement, TSEB-SM est appliqué à l'état réel en utilisant les données MODIS LST et fc à 1 km de résolution et les données SM issu de satellite SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) désagrégées à l'aide d'un algorithme de désagrégation (DisPATCh) à 1 km de résolution. L'approche est validée sur une période de quatre ans (2014-2018) sur une parcelle de blé pluvial dans le bassin du Tensift, au Maroc. La parcelle a été semée pour la saison agricole 2014-2015 (S1), 2016-2017 (S2) et 2017-2018 (S3), alors qu'elle n'était pas labouré (sol nu) pendant la saison 2015-2016 (B1). La contrainte appliquée sur l'évaporation du sol en utilisant le SM dérivé des données SMOS est l'un des principaux facteurs de contrôle de la fraction évaporative, ce qui permet de déterminer avec plus de précision la partition LE/H. De plus, αPT inversé augmente après les événements pluvieux, suggérant un lien avec la disponibilité en eau du sol dans la zone racinaire.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Merlin, Olivier
Khabba, Said
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Etudes Spatiales de la BIOsphère (CESBIO), UMR 5126
Mots-clés libres :TSEB - TSEB-SM - DisPATCh - Evapotranspiration - Coefficient de Priestley Taylor - Résistance du sol
Sujets :Physique
Déposé le :10 Jan 2020 16:00