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Université de Québec (2015)

Cartographie régionale de l’humidité des sols, à partir de relations empiriques développées à l’échelle locale, afin de définir les qualités de drainage des sols et d’optimiser la gestion de la ressource en eau en milieu semi-aride

FILION Rébecca

Titre : Cartographie régionale de l’humidité des sols, à partir de relations empiriques développées à l’échelle locale, afin de définir les qualités de drainage des sols et d’optimiser la gestion de la ressource en eau en milieu semi-aride

Auteur : FILION Rébecca

Université de soutenance : Université de Québec INRS Eau

Grade : Doctorat en Sciences de l’Eau 2015

Résumé partiel
L’île de la Sardaigne a un climat semi-aride et est sujette à de fréquentes et longues sécheresses, pouvant même être aggravées par les changements climatiques (Chessa & Delitala, 2014 ; Motroni & Canu, 2005). L’échantillonnage régulier de l’humidité de surface du sol est une des données d’entrée principale pour la modélisation hydrologique (Camporese et al., 2009 ; Niu et al., 2014a ; Sulis et al., 2011). Obtenir des valeurs d’humidité fréquentes et régulières à partir de campagnes de terrain relève du défi. L’apport de la télédétection, afin d’obtenir de l’information précise couvrant une surface plus grande, est donc primordiale. Le but de ce projet de doctorat est de mettre à profit le potentiel des images radar et LANDSAT pour générer des cartes d’humidité du sol fiables afin de soutenir la gestion des ressources en eau et la pratique de l’agriculture dans les régions méditerranéennes, particulièrement durant la période sèche. Pour ce faire, une analyse spatiale et temporelle à l’échelle locale et régionale de l’humidité des sols de la plaine du Campidano a été faite à l’aide de la télédétection, de données météorologiques et de données pédologiques. Cette étude est basée sur des campagnes de terrain approfondies qui ont été effectuées de 2005 à 2009 sur une ferme expérimentale, l’Azienda San Michele, qui appartient à l’organisme de recherche agricole régional AGRIS (AGRIS, 2014). Cette ferme est située entre les villes d’Ussana et de Donori, dans la partie centre-sud de la plaine agricole du Campidano, la zone la plus fertile et productive de l’île. Un total de douze champs nus ont été échantillonnés pour obtenir les valeurs d’humidité et de rugosité de surface. L’imagerie radar regroupe 61 images ENVISAT ASAR (polarisation simple HH et VV, bande C) et 11 images RADARSAT-2 (polarimétriques, bande C) acquises de 2003 à 2009. En plus, 23 images LANDSAT 5, couvrant la zone d’étude, ont été acquises de 2003 à 2009. A l’échelle locale, le signal de rétrodiffusion des images radar ENVISAT ASAR en polarisation VV et en mode descendant, a permis d’établir un modèle empirique pour l’estimation de l’humidité des sols nus (ayant des valeurs d’humidité entre 5 et 30%), réalisé à partir d’une relation linéaire ayant un coefficient de détermination (R²) de 0,85. La robustesse du modèle a été évaluée avec la méthode de la validation croisée pour la base de données ENVISAT ASAR, permettant d’obtenir un R² de 0,76 et une pente significative de 0,9 (biais de 0,3% et RMSE de 2,7%). Le modèle a ensuite été testé avec un ensemble de données différentes, soit les images RADARSAT-2, et la validation a permis d’obtenir un R² de 0,52 (biais de 0,6% et RMSE de 3%) et une pente significative de 0,7. Les images LANDSAT 5 ont aussi été utilisées pour l’estimation des valeurs d’humidité à l’échelle locale. Dans le cas de ce type d’image, c’est avec la pente du TVX (indice de température/végétation), réalisée à partir de la pente entre l’indice normalisé de la végétation (NDVI) et de la température de surface (LST), que la relation linéaire avec les données d’humidité mesurées a été développée. Les résultats présentent une équation linéaire avec un R² de 0,81 (biais de +1,3% et RMSE de 5%). Les deux modèles empiriques (radar et LANDSAT) développés à l’échelle locale ont ensuite été appliqués à l’échelle régionale. Les cartes d’humidité estimées ont été analysées en fonction des zones pédologiques homogènes de la plaine du Campidano. Les variations d’humidité estimée durant la saison sèche démontrent que le radar est sensible aux faibles variations d’humidité de la surface du sol en fonction de la perméabilité des sols, même durant la période très sèche d’une région au climat semi-aride (valeurs-p <0,01, fiabilité à 99%). De plus, à l’intérieur de ces zones homogènes en perméabilité, les inclusions pédologiques majeures ayant des caractéristiques de drainage différentes de la zone à laquelle elles appartiennent ont pu être identifiées.

Version intégrale

Page publiée le 25 octobre 2015, mise à jour le 18 juillet 2017