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Validation et analyse de sensibilité d'un modèle d'estimation de l'humidité et de la température du sol en Montérégie.

Perreault, Simon (2012). Validation et analyse de sensibilité d'un modèle d'estimation de l'humidité et de la température du sol en Montérégie. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 159 p.

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Résumé

Les conditions d'humidité et de température du sol jouent un rôle important pour la croissance et le développement des plantes. La modélisation de ces conditions permet de prédire les rendements et les risques d'épidémies et de maladies. Dans ce projet, le Soif Temperature and Moisture Model (STM²) a été utilisé pour générer des estimations de l'humidité et de la température du sol à différentes profondeurs. STM² utilise deux types d'entrées: 1) des propriétés de sol (texture et contenu en matière organique) et 2) des données météorologiques quotidiennes (précipitations totales et températures minimale et maximale). L'étude visait 1) à évaluer la qualité des prédictions de l'humidité (θ) et de la température (T) pour quatre types de sols minéraux représentatifs de la diversité pédologique de la Montérégie (sable loameux graveleux, sable loameux, loam sableux et argile limoneuse), 2) valider les performances des fonctions de pédotransfert (FPT) de STM² à partir de données analytiques des sols de la Montérégie, 3) analyser la sensibilité relative à la prédiction de θ et T ainsi que certaines propriétés de sol générées par FPT à l'intérieur du modèle STM², 4) analyser la sensibilité des FPT aux propriétés primaires des sols et 5) développer de nouvelles FPT adaptées au contexte pédoclimatique de la Montérégie à partir de régressions pas à pas et de régressions canoniques. Pour la validation des prédictions de θ et T à partir du modèle STM², une station pédoclimatique a été installée dans chacun des quatre champs de maïs. Celles-ci étaient constituées de quatre sondes de mesure de θ (15, 30,45 et 60 cm de profondeur) ainsi qu'une sonde de mesure de T à 10 cm (pour les saisons 2008 et 2010). Deux autres sondes de mesure de T ont été ajoutées en 2010 à 25 et 50 cm de profondeur. Les sols ont été échantillonnés à chacune des profondeurs de mesure de θ pour déterminer la texture, le pourcentage de fragments grossiers, le pourcentage de carbone organique, la masse volumique apparente, la conductivité hydraulique à saturation et les teneurs en eau volumétriques à différentes tensions (0, -10, -33 et -1500 kPa). La performance du modèle a été évaluée pour l'ensemble des saisons de croissance de 2008 et 2010 et pour trois stades phénologiques du maïs. Dans l'ensemble, les résultats montrent que la température est mieux estimée que l'humidité du sol. Pour l'estimation de θ, le modèle a bien performé avec les sols de texture de type sable loameux et loam sableux et moyennement pour le sol argileux. Les estimations de θ pour le sol graveleux se sont avérées de piètre qualité, sans doute parce que le modèle ne prend pas en considération le contenu en fragments grossiers du sol. Quant aux estimations de T, elles se sont avérées excellentes pour tous les sols testés. La qualité des estimations décroît avec l'augmentation de la profondeur pour les estimations de θ et est meilleure pendant les première et troisième périodes phénologiques du maïs (θ et T). Les prédictions quotidiennes de θ ont été meilleures que les prédictions horaires mais elles étaient similaires pour T. La teneur en eau à - 1500 kPa et la masse volumique apparente telles qu'estimées à partir des FPT intégrées dans STM² étaient plutôt fiables quoique légèrement biaisées alors que la teneur en eau à -33 kPa ainsi que la conductivité hydraulique à saturation comportaient des erreurs et des biais élevés. L'analyse de sensibilité relative de STM² a révélé que les propriétés primaires du sol affectent l'estimation de θ différemment selon la texture et le contenu en carbone organique du sol. La masse volumique apparente estimée par FPT s'est avérée la propriété secondaire ayant l'effet le plus important sur les estimations de θ et ce, tout sol confondu. Les analyses de sensibilité de STM² pour l'estimation de T ont démontré que le modèle a une sensibilité faible à négligeable aux propriétés primaires et secondaires du sol. L'analyse de sensibilité a également révélé que les variables météorologiques d'entrée du modèle ont des effets important sur les estimations de θ et de T. Enfin, les différentes FPT développées par les méthodes de régression pas à pas et de régression canonique étaient mieux adaptées aux données analytiques de la Montérégie en offrant des indices et erreurs plus faibles que celles intégrées dans STM². Quoique ces deux méthodes ont donné des performances relativement similaires, la conductivité hydraulique à saturation a été mieux estimée avec la FPT obtenue par régression canonique. Cette propriété demeure toutefois moyennement bien estimée. . Cette étude a démontré que STM² permet de prédire l'humidité et la température de surface des sols de la Montérégie avec une certaine fiabilité. Pour améliorer les prédictions, il conviendrait d'intégrer les FPT développées dans STM², ce qui permettrait de bien calibrer le modèle aux conditions agro-pédologiques particulières de la Montérégie. Ainsi, le modèle pourrait servir à diverses applications agroenvironnementales.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Chokmani, Karem
Co-directeurs de mémoire/thèse: Nolin, Michel C.; Bourgeois, Gaétan
Mots-clés libres: modèle STM²; humidité; température; sol; pédotransfert; Montérégie
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 14 févr. 2014 18:52
Dernière modification: 17 mars 2016 15:32
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1746

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