Author: Gayane Faye
Publisher: Presses Academiques Francophones
ISBN: 9783838144863
Category :
Languages : fr
Pages : 148
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Ce travail consiste a combiner les donnees radar en bande-C et celles en bande-Ku afin d'estimer la production herbace et l'humidite du sol. Pour cela, une etude de la complementarite des donnees radar en bande-C et Ku a etait faite. Les resultats montrent qu'au pic de la biomasse, la contribution du sol nu est plus importante que celle de la vegetation pour la bande-C, contrairement a la bande-Ku ou la contribution de la vegetation est nettement plus importante. Les donnees du diffusiometre bande Ku ont ete acquises par le capteur SEAWIND au cours de la periode allant de 1999 a 2009, tandis que celles en bande-C sont mesurees par le capteur ASCAT fonctionnel depuis 2007. Les resultats montrent une bonne correlation entre les humidites du sol obtenues par inversion a partir des donnees radar avec celles des sorties du Modele STEP. Neanmoins, on note quelques anomalies du certainement a faible resolution spatiale des donnees radar utilisee. Les donnees hautes resolution spatiale de la future mission sentinelle-1 pourraient etre d'un grand apport."
Author: Safa Bousbih
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Languages : fr
Pages : 156
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L'agriculture en Tunisie fait partie des secteurs importants sur lesquels reposent l'économie du pays. Elle revêt également son importance par sa contribution à la sécurité alimentaire. Dans un contexte de gestion des ressources naturelles, la caractérisation et le suivi des états de surface est indispensable, particulièrement dans les régions semi-arides où plusieurs contraintes freinent le développement agricole (période de sécheresse, conflits sur le partage des eaux, manque de ressources, surexploitations des nappes, etc.). En Tunisie, près de 80 % des ressources en eau disponibles sont utilisées par l'agriculture avec une efficacité limitée. Là, où les ressources en eau sont très limitées, l'estimation de l'état hydrique de surface est particulièrement nécessaire pour établir les décisions adéquates pour une meilleure gestion de cette ressource. Dans ce contexte, la télédétection fournit une base fondamentale de données pour l'observation de la surface et constitue un outil majeur pour l'acquisition d'informations à distance. Les travaux réalisés au cours de cette thèse sur la plaine de Kairouan, au Centre de la Tunisie et caractérisée par un climat semi aride, contribuent à l'évaluation du potentiel des nouveaux capteurs satellitaires Sentinel-1 (S-1) et Sentinel-2 (S-2) pour la caractérisation des états de surface, spécifiquement l'humidité du sol dans un contexte de gestion durable des ressources en eau et en sol. En effet, ces nouveaux systèmes offrent aujourd'hui des produits opérationnels avec une forte répétitivité temporelle et des résolutions spatiales métriques permettant un suivi régulier. Dans notre contexte, les données radars sont particulièrement sensibles aux conditions de surface, précisément à l'humidité du sol, à la rugosité de surface et à la végétation. Ils se dévoilent comme les outils les plus prometteurs pour un suivi précis à l'échelle de la parcelle ou régionale. Ce travail comprend deux principales parties qui relient directement l'humidité du sol (variable clé pour différents processus) à l'irrigation dans un premier temps, puis à la texture du sol. L'approche adoptée combine les mesures expérimentales à l'utilisation de données de la télédétection multi-capteurs en synergie, ainsi à la modélisation et à la cartographie. La thèse se structure en trois volets. Le premier volet de ce travail évalue le potentiel des données radars en bande C pour une large base de données. Les résultats ont montré à travers des études du comportement et de modélisation que le signal radar permet de suivre la dynamique temporelle et spatiale de l'humidité du sol sur des parcelles de céréales. Le second volet, consiste à évaluer l'utilisation conjointe de données optiques et radars afin de pouvoir prédire l'état hydrique de surface sur une couverture végétale.[...].
Author: Emna Ayari
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Languages : en
Pages : 0
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Le développement des stratégies optimales pour gouverner et gérer durablement les ressources en eau, dans le secteur agricole, devient de plus en plus crucial, particulièrement au niveau du bassin Méditerranée. La quantification de l'humidité du sol constitue l'une des variables clés dans ces stratégies, vu son importance dans les interactions sol-végétation-atmosphère. Durant les dernières décennies, la télédétection radar a prouvé sa pertinence pour estimer et cartographier l'état hydrique en allant d'une échelle parcellaire à une échelle régionale. Dans le cadre des futures missions des mesures radar en bande de fréquences L, les travaux de la présente thèse visent, en premier lieu, la proposition d'une approche pour estimer l'état hydrique du sol dans une région semi-aride, en Tunisie centrale en comparant le potentiel des données en bandes C et L. L'estimation de l'humidité du sol se base sur l'utilisation des mesures radar à synthèse d'ouverture (SAR) à haute résolution en bande L acquises par ALOS-2 en HH (L-HH) et en HV (L-HV) et en bande C acquises par Sentinel-1 en VV (C-VV) et en VH (C-VH) avec des mesures in-situ faites sur des parcelles sélectionnées dans la plaine de Kairouan. Pour quantifier l'humidité du sol, nous avons considéré deux types de végétation omniprésents dans la zone d'étude, les céréales et les piments structurés en lignes. Dans le but de simuler le signal radar sur des parcelles des céréales dans un contexte homogène d'humidité du sol, nous avons considéré deux options du Water Cloud Model (WCM) sans et avec le terme de diffusion lié à l'interaction sol-végétation. L'intégration du terme d'interaction sol-végétation apporte une amélioration importante des estimations d'humidité du sol en utilisant les données L-HV face à une amélioration limitée en utilisant les données en bande C. Lorsque la végétation est structurée en ligne et localement irriguée, la répartition spatiale de l'humidité est hétérogène. Nous avons proposé une version modifiée du WCM sur les parcelles des piments. La sensibilité du signal simulé avec le modèle WCM modifié diminue en fonction de l'augmentation de la hauteur et la fraction du couvert végétal. La comparaison des résultats de simulation dévoile que le modèle proposé est plus sensible à l'humidité du sol en utilisant les données L-HH qu'en C-VV. Vu la complexité de la description de la végétation et la limitation des données optiques en présence des nuages, dans la deuxième partie des travaux, nous nous sommes intéressés au potentiel des données radar Sentinel-1 pour décrire la végétation dans le processus d'estimation d'humidité du sol. Nous avons utilisé la cohérence interférométrique et l'indice normalisé du rapport de polarisation pour estimer l'indice NDVI durant le cycle du blé en fonction des périodes de développement. Cette méthodologie développée a permis le retraçage des séries temporelles de NDVI des parcelles test de blé. Le rapport de polarisation et sa normalisation ont été testés en tant que descripteurs de végétation dans le modèle WCM pour estimer l'humidité du sol en utilisant les données Sentinel-1. Les résultats d'estimation de l'état hydrique du sol insistent sur la pertinence des données SAR pour décrire la végétation avec des RMSE inférieure à 7.5 vol.%. Dans la dernière partie des travaux de thèse, nous avons investigué le potentiel des séries temporelle de la variabilité de l'humidité de surface du sol dans l'identification des anomalies climatiques. Nous avons utilisé des produits opérationnels d'humidité du sol issus de la synergie Sentinel-1 et Sentinel-2 (HRSM) à une résolution spatiale kilométrique. Après validation avec d'autres produits satellites, les résultats ont souligné la capacité des données à reproduire les évolutions de l'humidité à différents contextes climatiques sur le territoire Tunisien ainsi son potentiel à identifier les périodes de sécheresse.
Author: Sonia Zine
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Languages : fr
Pages : 164
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Les diffusiomètres à bord des satellites ERS sont des capteurs radar à faible résolution spatiale (50 km) et à haute résolution temporelle (une acquisition tous les 3-4 jours environ), bien adaptés au suivi des surfaces continentales à l’échelle globale et régionale. Du fait de leur sensibilité aux fortes variations saisonnières des paramètres de surface tels que la masse végétale et l’humidité du sol, ils offrent des perspectives intéressantes pour le suivi des régions semi-arides comme le Sahel d’Afrique de l’Ouest. Des études antérieures menées sur les régions pastorales sahéliennes, relativement homogènes, ont permis l’élaboration de cartes de production de masse herbacée à partir des données des diffusiomètres. Afin de pouvoir étendre ces travaux à l’ensemble de la ceinture sahélienne, l’objectif de cette thèse est d’évaluer le potentiel de ces instruments pour le suivi de zones agro-pastorales, caractérisées par une plus grande hétérogénéité spatiale à l’échelle de la cellule de résolution considérée. La zone retenue est localisée dans la région du Fakara (Niger), pour laquelle de nombreuses mesures in situ ont été effectuées sur la période 1992 2000. Dans un premier temps, l’influence de l’hétérogénéité de la zone d’étude sur le signal est étudiée par comparaison avec les données acquises par le Radar à Synthèse d’Ouverture du satellite ERS, qui sont caractérisées par une résolution spatiale de l’ordre de 20 m. Puis une analyse quantitative est réalisée, basée sur le couplage d’un modèle de fonctionnement de la végétation sahélienne décrivant l’évolution de la scène observée, avec un modèle de rétrodiffusion simulant le signal tel qu’il serait mesuré par un capteur radar. Les résultats obtenus montrent que le rôle de la végétation est négligeable dans le signal en raison du faible taux de couverture végétale rencontré sur les zones agro-pastorales. Ces résultats permettent de montrer que l’humidité du sol peut être estimée à partir des seules données du diffusiomètre sur de telles zones
Author: Frédéric Baup
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Languages : fr
Pages : 199
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Le projet international AMMA, dans lequel s'inscrit ce travail de thèse, a pour objectif d'améliorer la compréhension des phénomènes liés à la mousson en Afrique de l'ouest, et en particulier les échanges d'énergie entre les surfaces continentales, océaniques et l'atmosphère. Au niveau des surfaces continentales, ces échanges sont principalement contrôlés par la quantité de végétation et par l'humidité de surface. Il est donc important de les estimer avec des résolutions spatiale et temporelle les plus fines possibles. Dans ce contexte, l'utilisation de capteurs radar, sensibles à l'humidité des sols et à la végétation, apparaît utile dans l'observation des zones où la couverture nuageuse est souvent marquée. Depuis une quinzaine d'années, des travaux basés sur l'utilisation de données radar ont permis de mettre en évidence les capacités de tels capteurs pour le suivi des zones semi-arides et pour l'extraction des paramètres géophysiques tels que la quantité de végétation, l'humidité et la rugosité des sols, etc. Cependant, aucun des capteurs utilisés jusque-là (diffusiomètres et SAR) n'offre à la fois des résolutions spatiale et temporelle élevées, associées à une large couverture spatiale, permettant le suivi de variables fugaces sur de grandes surfaces, comme l'humidité du sol. En effet, le diffusiomètre fournit des acquisitions avec une résolution temporelle élevée mais au dépend de la résolution spatiale, tandis que le SAR offre les possibilités inverses. Le développement des SAR de seconde génération, équipant les satellites RADARSAT et ENVISAT, permet de compenser ces limitations en offrant des résolutions spatiales souvent inférieures au kilomètre associées à une résolution temporelle de quelques jours. De plus le SAR d'ENVISAT offre aussi le choix des états de polarisations de l'onde radar contrairement à RADARSAT. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse sont basés sur l'utilisation des données ENVISAT/ASAR dont les caractéristiques permettent d'effectuer le lien, en terme de résolution, entre les diffusiomètres et les SAR du type d'ERS. Les travaux de recherche se sont organisés autour de trois axes complémentaires : Traitement et analyse des données ASAR pour les modes Global Monitoring et Wide Swath, montrant une meilleure aptitude de ce dernier pour la détermination de l'humidité du sol à des échelles de quelques kilomètres carrés...
Author: Cam Chi Nguyen
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Languages : fr
Pages : 308
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Le Sahel, région semi-aride située au sud du désert du Sahara, est particulièrement sensible au changement climatique et est soumise à une forte variabilité inter-annuelle et décennale des précipitations. Au cours des dernières décennies, la région a été marquée par deux périodes de sécheresse intense dans les années 1972-1973 et 1983-1984, qui ont eu des conséquences dramatiques sur les ressources en eau et la végétation, provoquant l'érosion des sols, d'énormes pertes en bétail et des récoltes catastrophiques accentuant la paupérisation des populations rurales. Ces travaux de thèse contribuent à un effort d'identification et de quantification par télédétection des changements d'états de surface sur une grande région du Sahel malien, le Gourma qui s'étend sur près de 90 000 km2 et couvre tout le gradient bioclimatique sahélien. L'étude s'appuie sur une importante base de données constituée au sol par des sites pastoraux et agricoles suivis dans le cadre de plusieurs programmes nationaux et internationaux. Trois sources de données de télédétection sont utilisées : 1) l'imagerie multi-spectrale à haute résolution spatiale Landsat, 2) l'imagerie couleur à très haute résolution spatiale observée en vision pseudo-stéréoscopique de Google Earth et 3) le produit NDVI du capteur MODIS à moyenne résolution spatiale mais à haute répétitivité temporelle. Les résultats présentés fournissent une caractérisation détaillée à l'échelle de la région du Gourma des types de surfaces sol-végétation, de l'occupation agricole des sols, du fonctionnement hydrique et aussi des productions végétales moyennes sur 14 années, herbacées et foliaires des ligneux. Pour quelques-unes de ces variables, et sur une partie de la région au moins, les résultats ont quantifié la dynamique historique de 1986 à 2011. Au niveau de la commune de Hombori, l'historique remonte jusqu'à 1955. Les résultats montrent clairement que la dynamique des mises en culture n'est pas responsable de la concentration du ruissellement observé dans le Gourma comme ailleurs au Sahel.
Author: Azza Gorrab
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Languages : fr
Pages : 217
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Le recours à la caractérisation des états hydrique, géométrique et physique de surface du sol est essentiel dans la gestion et la conservation des ressources naturelles dans les régions agricoles semi-aride. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse visent à estimer la variabilité spatio-temporelle des paramètres de surfaces agricoles nues (humidité, rugosité et texture) moyennant des données radars multi-temporelles acquises en bande X à haute résolution spatiale. Une nouvelle description de l'état géométrique des sols est d'abord proposée à travers l'estimation d'un nouveau paramètre de rugosité, le paramètre Zg, estimé en fonction de trois paramètres statistiques de rugosité (écart type des hauteurs "s", longueur de corrélation "l" et la forme de la fonction de corrélation). Les simulations des signaux radar montrent une très forte corrélation avec ce paramètre de rugosité. L'apport du paramètre Zg est confirmé à travers une large base de données expérimentale et spatiale acquises sur différents sites en France. Le deuxième volet de cette thèse présente une analyse des sensibilités des signaux radars issus de capteurs (TerraSAR-X et COSMO-SkyMed), aux paramètres de surface (l'humidité et les trois paramètres de rugosité : s, Zs=s2/l et Zg). Une forte corrélation est observée entre les mesures radars acquises à différentes configurations (polarisations HH et VV, et à 26° et 36°d'incidences) et tous les paramètres du sol. Cette analyse est suivie par des comparaisons des coefficients de rétrodiffusion réels et simulés à partir des modèles physique et semi empirique couramment utilisés : Modèle d'équation intégrale " IEM " de Fung et al., 1992, Modèle de Dubois (Dubois et al., 1995) et le Modèle IEM empiriquement calibré par Baghdadi et al., 2011. Le dernier modèle a montré une forte cohérence avec les mesures radar. Dans le troisième volet, une méthode empirique de détection de changement est développée, en combinant les images radars TerraSAR-X avec des données d'humidités ponctuelles dérivées du réseau des 7 capteurs repartis sur la zone d'étude en continue, pour spatialiser l'état hydrique du sol. La performance de l'algorithme proposé, est évaluée et validée sur de nombreuses parcelles de référence. La spatialisation de la teneur en argile des sols est déduite à partir du calcul de la moyenne des cartes de l'état hydrique du sol (une erreur quadratique moyenne équivalent à 108 g/kg). Pour cartographier la rugosité des sols, des relations empiriques reliant le signal radar aux paramètres de rugosité (Ecart type des hauteurs et le paramètre Zg) étaient élaborées. En inversant les mesures radars, les cartes de rugosité qui en résultent, ont permis de distinguer différents états de surface des sols (labourés, dégradés ou en jachère). Dans le dernier volet, un modèle d'estimation du bilan hydrique des sols agricoles nus " MHYSAN " qui simule l'évaporation et l'état hydrique surfacique est développé. Cette dernière partie souligne le potentiel de calibrer un modèle hydrologique des sols en assimilant les produits d'humidité radars.
Author: Christophe Fatras
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Languages : fr
Pages : 249
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Le satellite altimétrique interférométrique SWOT, dont le lancement est prévu pour 2020, devrait pour la première fois permettre une couverture globale en quelques jours d'un radar proche-nadir en utilisant la bande de fréquence Ka. Or, l'utilisation d'une telle bande de fréquence est encore mal documentée pour l'hydrologie continentale. En particulier, le contraste du coefficient de rétrodiffusion sur les sols et sur les surfaces en eau pour des angles de visée nadir et proche nadir est une problématique majeure. C'est ce qui fait l'objet de ces travaux de thèse. Dans un premier temps, l'étude de la variation des coefficients de rétrodiffusion en provenance d'altimètres en bandes C et Ku et de diffusiomètres utilisant les mêmes bandes de fréquence sur l'Afrique de l'Ouest a montré qu'il existe un lien quantifiable entre l'humidité du sol et le coefficient de rétrodiffusion. En région semi-aride ce lien se manifeste via une hausse des coefficients de rétrodiffusions durant la saison humide par rapport à la saison sèche. L'analyse avec des données annexes d'humidité du sol et de précipitations a pu également montrer que le radar nadir détecte plus précisément les changements d'humidité du sol par rapport à la diffusiométrie radar à visée latérale. Dans le but de mieux comprendre la rétrodiffusion en bande Ka, très peu documentée, deux campagnes de mesures radar ont été réalisées, l'une sur des surfaces en eau à rugosité contrôlée, l'autre sur un terrain contrôlé en rugosité et humidité du sol. En parallèle, un programme de simulation de la rétrodiffusion altimétrique a été développé pour pouvoir analyser les effets d'un faible nombre de variables sur des sols réalistes, dans le but de simuler les variations du coefficient de rétrodiffusion. Ces mesures et ces simulations ont ensuite pu être comparées aux séries temporelles issues du satellite altimétrique AltiKa, fonctionnant en bande Ka et lancé en février 2013, sur différents sites représentatifs des régions bio-climatiques d'Afrique de l'Ouest. Il en ressort que la bande Ka présente une forte sensibilité aux changements d'humidité du sol. Il est également montré que les coefficients de rétrodiffusion en provenance d'AltiKa sur les sols et sur l'eau peuvent être similaires au nadir.
Author: François Gibon
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Languages : fr
Pages : 0
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L'humidité du sol à été déclarée Essential Climate Variable (ECV) en 2010 par l'European Space Agency (ESA) en support du travail du Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat (GIEC). Dans des zones vulnérables comme l'Afrique de l'Ouest (agriculture faiblement irriguée et de subsistance, températures extrêmes et forte variabilité des précipitations), la valeur ajoutée d'informations concernant l'humidité du sol est importante, surtout dans un contexte de changement climatique. La première partie de ces travaux de thèse concerne la représentation de l'humidité en profondeur à grande échelle en utilisant le triptyque mesures in-situ/télédétection/modélisation. Ces 3 méthodes présentent chacune des limites: (i) la faible densité des réseaux in-situ (3 sites de mesures sur toute l'Afrique de l'Ouest), (ii) les estimations de SMOS uniquement en surface (0-5 cm) et (iii) les incertitudes des forçages de précipitation temps-réel utilisés dans les modèles de surface. Afin de réduire ces limitations, une méthode d'assimilation (filtre particulaire) des données SMOS à été implémentée dans un modèle de surface empirique (API) et comparées aux mesures in-situ AMMA-CATCH. Les résultats montrent une amélioration des humidités modélisée après assimilation. La seconde partie concerne l'impact des variations d'humidité du sol sur les rendements de mil. Une relation statistique a tout d'abord été déterminée à partir de données de rendements mesurés sur 10 villages autour de Niamey. Les résultats montrent que les anomalies d'humidité du sol sur 20 jours début Juillet et fin Août - mi Septembre (période reproductive et période de remplissage du grain), à une profondeur d'environ 30 cm, expliquent les variations de rendement mesuré à R2=0.77 sur l'ensemble de 9 villages. Cette relation à ensuite été appliquée à l'échelle du Niger à partir de données de rendement issues de la FAO et de cartes d'humidité en profondeur développées dans la première partie de la thèse. Les résultats montrent une corrélation à R2=0.62 sur les années 1998-2014. Puis la méthode a été appliquée à 3 autres pays du Sahel, montrant une corrélation de 0.77. La dernière partie de ces travaux concerne l'exploitation des résidus du schéma d'assimilation afin de réduire les incertitudes sur les précipitations. Les produits de précipitations satellites CMORPH, TRMM et PERSIANN, dans leur version temps-réel ont été comparées à des pluviomètres avant et après assimilation. Le résultat de cette étude montre une nette amélioration des intensités estimées. La méthode a ensuite été appliquée à un produit de précipitation utilisé au centre régional AGRHYMET pour le suivi agricole, le produit TAMSAT.Ces travaux de thèse ont permis d'approfondir les recherches concernant le potentiel des données d'humidité par satellite pour des applications agronomiques. Les perspectives de ces travaux portent principalement sur : (i) l'utilisation d'autres capteurs (SMAP, ASCAT, AMSR) pour augmenter la fréquence des observations d'humidité dans l'assimilation, (ii) sur des méthodes de désagrégation des coefficients pour la correction des précipitations à plus haute résolution spatiale et (iii) sur l'utilisation de données multispectrales (indices de végétation, température du sol, ...) pour un meilleur suivi des rendements.
Author: Michel Hoepffner
Publisher: IRD Orstom
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Category : Bioclimatology
Languages : fr
Pages : 776
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