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Prise en compte des effets directionnels pour l’estimation de l’évapotranspiration à partir des données InfraRouge Thermique dans le cadre de la mission TRISHNA

Description

La gestion durable de l’eau et la sécurisation des besoins alimentaires font face à un double défi : d’un côté l’intensification des pratiques et la surexploitation des ressources qui l’accompagne imposent des contraintes fortes sur la production végétale et l’agriculture irriguée. De l’autre, l’aléa climatique (via l’accélération du cycle hydrologique) pèse sur l’agriculture pluviale. Afin de sécuriser l’accès à la ressource et anticiper les risques liés à des sécheresses plus fréquentes, il est nécessaire non seulement de quantifier et optimiser les apports d’eau d’irrigation à la parcelle (un apport au bon endroit au bon moment) mais également d’anticiper les effets du stress hydrique sur la végétation.

L’évaluation des consommations réelles et le suivi de l’état hydrique des plantes passent notamment par la quantification de l’évapotranspiration (ET)  et de sa composante transpiration (T). La cartographie de l’évapotranspiration (ET) est souvent réalisée par des modèles de bilan d‘énergie forcés par des données de télédétection (température de surface, réflectances…), mais sans porter attention aux problèmes d’anisotropie directionnelle dans l’InfraRouge Thermique.

Or la mission TRISHNA offrira certes une répétitivité de l’ordre de 3 jours, mais avec une large gamme d’angles de visées, ce qui peut constituer une limite aux modèles actuels qui ne considèrent que rarement cet aspect. Par exemple c’est le cas pour les modèles contextuels (e.g. EVASPA, cf. la nomenclature de Boulet et Lagouarde 2016) qui partent de l'hypothèse que les effets directionnels ne modifient pas la structure des scatterogrammes Température de surface vs. Indices de végétation ou albédo à la base du calcul de ET. Cependant, Luquet et al. (2004) à partir de mesures directionnelles sur une culture de coton ont montré que la plus ou moins grande proportion de sol éclairé vu dans le champ du capteur selon l'angle de visée modifiait significativement l'estimation de la fraction évaporative.

Pour les modèles double source comme TSEB (Norman et al., 1995) ou SPARSE (Boulet et al., 2015), la température radiative de surface est interprétée pour dissocier une source virtuelle « sol » de l’évaporation (intégration des différentes températures du sol) et une source virtuelle « végétation » pour la transpiration (intégration des différentes températures des éléments feuilles/tiges du couvert, cf. Boulet et al., 2006). Ces modèles interprètent la température de brillance directionnelle uniquement sur la base de la quantité globale relative de sol et de végétation « vues » par le capteur. Ils ne prennent pas en compte l’hétérogénéité des températures de sol et de la végétation à l’ombre ou au soleil, alors même que, selon la direction de visée, la luminance dépendra soit plutôt d’éléments à l’ombre dont témoignent les mesures angulaires de luminance, et qui traduisent pourtant une variabilité des conditions hydriques du sol et de la végétation.

Nous proposons par conséquent au cours de cette thèse d’étudier l’impact des effets directionnels pour ces deux types de modèles. Pour les modèles contextuels, il s’agira de simuler des scènes hétérogènes (modèle explicite 3D cf. DART) avec des types de couverts et des conditions hydriques contrastées selon plusieurs angles de visée et étudierons l’impact sur l’ET simulée par le modèle contextuel EVASPA. Pour les modèles double source, le(la) doctorant(e) construira et évaluera une version à quatre composantes de SPARSE (sol et végétation à l’ombre et au soleil). Pour ce faire, le modèle SCOPE sera également implémenté pour tester le réalisme et la précision du modèle 4 composantes, notamment en ce qui concerne l’intégration des températures des feuilles à l’ombre et au soleil, ainsi que l’intégration de l’évaporation et de la transpiration des différents éléments individuels du couvert simulées par ce modèle.

Profil

Télédétection et hydrologie

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : CESBIO, Toulouse
Directeur(rice) de thèse/recherche : BOULET Gilles
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : gilles.boulet@cesbio.cnes.fr
Responsable Cnes de l'offre : MAISONGRANDE Philippe

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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