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Cheul, Benoît. Apport des données multispectrales (hyperfréquences, thermique, optique) pour le suivi hydrique des cultures : application aux couverts de blé et de tournesol

Cheul, Benoît (2019). Apport des données multispectrales (hyperfréquences, thermique, optique) pour le suivi hydrique des cultures : application aux couverts de blé et de tournesol.

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Résumé en francais

Le Sud-Ouest de la France est la région pour laquelle le changement climatique aura les effets les plus difficiles à mitiger. L'agriculture est déjà à l'origine de 41 % des prélèvements en eau du bassin Adour-Garonne et devra s'adapter aux conséquences du changement climatique sur cette ressource : précipitations plus irrégulières, baisse des débit des cours d'eau. Pour cela la mise en place de nouveaux outils de suivi et de diagnostique sera nécessaire à la gestion durable de la ressource. Dans le cas des surfaces agricoles, le bilan hydrique est fortement contraint par les pertes vers l'atmosphère que représente le flux d'évapotranspiration, qui est une composante du bilan couplé d'eau et d'énergie de la surface. Le suivi de l'évapotranspiration permet en particulier d'identifier les périodes de stress hydrique. L'estimation de l'évapotranspiration à grande échelle est basée sur l'exploitation des images de télédétection spatiale ainsi que l'utilisation parfois combinée de la modélisation physique des transferts à la surface. Selon le domaine de longueur d'onde utilisé en observation de la Terre: visible, infrarouge-thermique ou hyperfréquences, nous avons accès à des propriétés ou caractéristiques différentes de la surface. Le domaine des hyperfréquences (radar) à la particularité d'être peu sensible à la présence d'un couvert nuageux, ce qui n'est pas le cas pour le visible et l'infrarouge thermique. Le radar présente aussi une sensibilité à la structure géométrique de la cible et au contenu en eau. Le domaine visible et proche infrarouge permet de suivre l'évolution de la couverture végétale à l'aide d'indices spectraux. Quant au domaine infrarouge thermique, il permet d'évaluer la température de surface et peut détecter des situations de stress hydrique. La combinaison des trois domaines de longueur d'onde, avec leurs apports respectifs, avec un modèle de bilan d'eau et d'énergie pourrait permettre de mieux suivre les processus du bilan d'énergie de la surface. L'étude menée s'intéresse aux complémentarités des 3 domaines spectraux sur un cas réel de suivi de cultures de blé et de tournesol sur le sud ouest de la France au cours de l'année 2010. Nous étudions plus précisément les variabilités spatiale et temporelle d'un indice de végétation (le GAI), de la température de surface (Ts) et du coefficient de rétrodiffusion radar en bande-C sur un ensemble de 13 parcelles de blé et de 5 parcelles de tournesol. L'exploitation de cette variabilité spatio-temporelle nous permet de sélectionner des scénarios de simulation du bilan hydrique spatialisé avec le modèle de bilan d'eau et d'énergie SetHyS (Suivi de l'État Hydrique de la Surface) contraint par les indicateurs issus des images de télédétection. Les travaux sont présentés de la façon suivante - L'étude de la sensibilité des données radar bande-C à la variabilité spatiale et temporelle de deux propriétés de la surface : l'humidité de surface et le Green Area Index (GAI). Cette étude est réalisée pour les 4 polarisations radar disponibles ainsi que pour deux rapports de polarisation. - A partir de la méthode du trapèze [Température de surface-indice de végétation] classiquement utilisée pour cartographier l'ETR ou des indicateurs de stress hydrique, nous proposons une utilisation temporelle basée sur l'ensemble de la série de télédétection correspondant au cycle cultural. Avec cette méthode, nous déterminons un indice, le RTVDI (Relative Temperature Vegetation Difference Index), à partir duquel nous classons les parcelles et identifions des comportements proches. - L'utilisation du modèle SEtHyS pour reproduire la variabilité observée sur le RTVDI. Le modèle est utilisé de manière directe pour identifier la sensibilité des paramètres importants du bilan d'eau de la surface. L'étude de sensibilité des données radar aux propriétés de la surface a confirmé la force de ce domaine pour le suivi de la végétation. Des seuils sur la hauteur de couvert ont permis d'identifier les périodes pour lesquelles le radar est sensible à l'humidité de surface. L'adaptation de la méthode du trapèze a montré la possibilité de différencier des groupes de parcelles présentant des propriétés hydriques variables à causes de variations sur la profondeur et la texture du sol. Finalement l'emploi du modèle comme outil de compréhension des processus de la surface a montré que pour les périodes d'intérêt sur l'année 2010, peu marquée par le stress hydrique, la profondeur de sol est un paramètre peu sensible du modèle et que la modulation les conditions initiales d'humidité de sol permet de mieux reproduire la variabilité observée.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Coudert, Benoit
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 :Télédétection - Complémentarités multispectrales - Agrosystèmes - Bilan hydrique - Évapotranspiration - Méthode du trapèze - Modélisation TSVA
Sujets :Sciences de l'environnement
Déposé le :26 Nov 2020 13:43