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Ouaadi, Nadia. Apports des données radar à haute répétitivité et à haute résolution du capteur Sentinel-1 pour la caractérisation de l'état hydrique des surfaces agricoles dans les régions sud-méditerranéennes

Ouaadi, Nadia (2021). Apports des données radar à haute répétitivité et à haute résolution du capteur Sentinel-1 pour la caractérisation de l'état hydrique des surfaces agricoles dans les régions sud-méditerranéennes.

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Résumé en francais

Le suivi de l'irrigation est un enjeu important pour l'optimisation de l'irrigation. L'humidité superficielle (SSM) est une variable clé pour la gestion de l'irrigation. De plus, la détection précoce du stress hydrique peut contribuer à une utilisation optimale de l'eau agricole. Les données radar en bande C ont montré un grand potentiel pour le suivi des conditions hydriques du sol et de la végétation. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif général d'évaluer les potentialités des données radar bande C pour suivre le fonctionnement hydrique des céréales irriguées. Nos objectifs spécifiques sont : (1) développer une nouvelle approche pour l'inversion de la SSM en utilisant uniquement les données radar ; (2) proposer une méthodologie pour l'estimation des quantités et des dates d'irrigation à l'échelle de la parcelle sur la base de ces nouveaux produits de SSM ; (3) étudier les potentialités de la réponse radar bande C pour le suivi du fonctionnement physiologique et, in fine, la détection du stress hydrique. En préliminaire à l'inversion, les séries temporelles de données Sentinel-1, notamment le coefficient de rétrodiffusion (sigma^0), le rapport de polarisation (PR) et la cohérence interférométrique (rho) sont interprétées à l'aide de données expérimentales collectées sur des parcelles de blé irriguées au Maroc. Les résultats montrent que rho et PR sont fortement liés au développement de la végétation alors que la dynamique de sigma^0 suit les variations de SSM pendant les premiers stades de croissance du blé. En outre, les changements drastiques de la géométrie du couvert associés à la phase d'épiaison ont un fort impact sur sigma^0. Les résultats montrent que le modèle Water Cloud (WCM) est capable de reproduire le cycle saisonnier de Sentinel-1. Grâce à une configuration multicouche du modèle Karam, le 2ème cycle est attribué à la diffusion de volume au sein de la couche des épis. Dans un 2ème temps, une nouvelle approche basée sur l'inversion du WCM pour estimer la SSM a été proposée en utilisant uniquement les données radar Sentinel-1. Dans ce but, les descripteurs de la végétation : la biomasse aérienne (AGB) et le contenu en eau de la végétation ont été estimés à partir de rho et PR. Les meilleurs résultats d'inversion de SSM sont obtenus en utilisant la relation entre rho_VV et l'AGB (R = 0.82 et RMSE = 0.05 m3/m3). Les produits SSM sont assimilés dans la FAO-56 par une technique de filtrage particulaire pour estimer les dates et les quantités d'irrigation. Premièrement, des expériences jumelles sont conçues pour évaluer l'impact de certains paramètres de l'approche. La méthode est ensuite évaluée en utilisant des mesures in situ de SSM avec 3 temps de revisite différents (3, 6 et 12 jours). Enfin, les produits de SSM Sentinel-1 dérivés par l'approche rho_VV-AGB sont utilisés. L'utilisation de données in situ permet d'obtenir de bons résultats. Avec une observation tous les 6 jours, les quantités saisonnières sont inversés avec R > 0.98 et RMSE < 32 mm. De même, sur les parcelles en irrigation gravitaire, plus de 70 % des événements sont correctement détectés. En utilisant les produits SSM Sentinel-1, les statistiques restent raisonnables. Concernant les parcelles en goutte-à-goutte, les cumuls sur 15 jours sont inversés avec un R = 0.64 et RMSE = 28.7 mm; des métriques assez proches de celles obtenues en utilisant les données in situ (R=0.74 et RMSE = 24.8 mm). Enfin, la dernière partie est consacré à l'analyse préliminaire d'acquisition radar in situ par des antennes bande C installées sur une parcelle de blé au Maroc. L'analyse des acquisitions pleinement polarimétriques (sigma^0 et rho) avec un pas de temps de 15 mn révèlent l'existence d'un cycle diurne de rho dont l'amplitude évolue avec le développement du couvert. La chute de rho à l'aube est concomitante avec l'augmentation de l'évapotranspiration. Par contraste, les valeurs de rho les plus faibles en fin d'après-midi seraient plutôt dues aux pics de vent.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Jarlan, Lionel
Khabba, Saïd
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 :Humidité de surface du sol - Irrigation - Radar - Bande C - Sentinel-1 - Coefficient de rétrodiffusion - Cohérence interférométrique - Assimilation de données - Filtrage particulaire - FAO-56 - Région méditerranéenne semi-aride - Blé
Sujets :Physique
Déposé le :24 Feb 2022 15:19