23 Janvier 2012

Depuis les années 80 les satellites suivent le comportement énergétique des surfaces

La détection du stress hydrique et l'estimation de l'évapotranspiration sont accessibles au travers de la température de surface fournie par les mesures dans l'infrarouge thermique.
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50 ans de résultats scientifiques

Depuis les années 80 les satellites suivent le comportement énergétique des surfaces.

L'accès à une meilleure connaissance du cycle de l'eau et au fonctionnement de la végétation ouvre ainsi un très vaste domaine d'applications pour l'agriculture (gestion de la ressource en eau, suivi des productions entre autres) et l'hydrologie en particulier, mais aussi pour la compréhension des impacts du changement climatique et de ses interactions avec la biosphère continentale.

Des progrès méthodologiques récents ont été obtenus sur la modélisation des flux de surface et l'utilisation des données de télédétection dans l'infrarouge thermique Face à une demande accrue de suivi à échelle fine, les limitations des systèmes spatiaux actuels ont amené la communauté scientifique à proposer avec le CNES une mission MISTIGRI combinant haute résolution spatiale et capacités de revisite élevée dans l'infrarouge thermique.Longtemps seules disponibles dans l'infrarouge thermique avec des capacités de revisite élevées, les données des satellites météorologiques METEOSAT et NOAA-AVHRR ont été largement utilisées depuis les années 80 pour suivre le comportement énergétique des surfaces.

La mise au point de méthodes de détection du stress hydrique et d'estimation de l'évaporation de la biosphère continentale a ouvert un domaine applicatif très large en agriculture, climatologie, hydrologie, météorologie.

Par le soutien apporté aux laboratoires au travers de structures telles que le TOSCA (anciennement TAOB) pour des travaux méthodologiques, et le rôle actif du CESBIO dans de nombreux programmes internationaux, le CNES a contribué à renforcer une communauté scientifique très active autour de l'infrarouge thermique en France.

A l'origine tournés vers l'échelle régionale et nationale -on peut citer entre autres des exemples de cartographie des pluies, de l'évaporation et de la production agricole au Sénégal proposées dans le cadre de programmes européens sur la désertification en zone sahélienne, ou encore les programmes à vocation hydrologique Hapex Sahel et Salsa Mex dans lesquels le CESBIO a joué un rôle très actif- , les travaux se sont orientés vers des échelles plus fines en réponse à une demande de gestion au niveau de la parcelle agricole ou du petit bassin de production.

L'expérience Alpilles-ReSeDa sur une petite région agricole dans le Sud-Est de la France au tournant des années 90 illustre bien cette évolution avec la mise en oeuvre d'approches nouvelles combinant modèles de transfert sol-végétation-atmosphère et données de télédétection dans l'infrarouge thermique acquises à des résolutions spatiales fines et avec des fréquences de revisites élevées compatibles avec les objectifs de suivi temporel du fonctionnement de la végétation.

Plusieurs voies sont aujourd'hui explorées :

  • soit autour de modèles reposant sur l'exploitation de la variabilité des températures entre des parcelles de référence d'évaporation connue (approches dites contextuelles),
  • soit autour de l'utilisation de modèles déterministes de transfert sol-végétation-atmosphère associés à des procédures d'inversion ou d'assimilation permettant de corriger des paramètres ou de caler le modèle en temps réel par rapport à des données satellite.

Un travail d'évaluation destiné à comparer les performances de chacune de ces approches sur la région Crau-Camargue est en cours à l'INRA d'Avignon.

Evolution de l’évapotranspiration journalière (mm/j) calculée à partir d’images MODIS et de la chaîne de traitement opérationnelle EVASPA développée à l'INRA Avignon (UMR EMMAH) sur la période 2001-2009 pour différents échantillons d'écosystèmes (1x1 km) en Crau Camargue.

(a) Comparaison entre zones humides (rizières) et zones sèches (coussoul): le coussoul correspond à une zone herbeuse desséchée caractéristique de cette région et présente un niveau d'évapotranspiration faible.
(b) Evolution de l’évapotranspiration journalière (mm/j) moyenne: le pourcentage décroissant de prairies irriguées/coussoul (cf. imagettes) explique la gradation des niveaux d'évapotranspiration entre les classes 'prairies' de 1 à 3.

Le passage à des applications opérationnelles telles que le pilotage de l'irrigation, la gestion fine de la ressource en eau, le suivi des cycles biogéochimiques et la maîtrise de la pollution des sols en rapport avec l'utilisation de l'eau, le suivi de risques (stress hydrique et feux de forêts par exemple), etc ... exige de disposer de systèmes spatiaux adaptés en termes de résolution spatiale et de revisite aujourd'hui inexistants dans le panorama des missions en cours.

L’initiative internationale récente sur la sécurité alimentaire mondiale, GEO-GLAM (Global Agricultural Monitoring) portée par le G20 dans le cadre du Plan d’action sur la volatilité des prix alimentaires et sur l’agriculture rejoint les objectifs du GMES et conforte clairement ce type de besoin. Ces motivations ont amené la communauté scientifique et le CNES à élaborer, en collaboration avec l'Espagne, un projet de mission spatiale dans l'infrarouge thermique à haute résolution spatiale (~ 50 m) et haute revisite (2 jours), MISTIGRI qui vient d'achever une phase A.

Contacts

  • Responsables scientifiques : Jean-Pierre Lagouarde (INRA Bordeaux), Dominique Courault (INRA Avignon), Albert Olioso (INRA Avignon)
  • Responsable de la thématique surfaces continentales : Selma Cherchali
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