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Développement d'une méthode de mesure et de cartographie du gel du sol en milieu agricole à l'échelle d'un bassin versant à partir d'images radar monopolarisées (RADARSAT-1), multipolarisées (ENVISAT) et polarimétriques (RADARSAT-2/CONVAIR-580).

Khaldoune, Jalal (2006). Développement d'une méthode de mesure et de cartographie du gel du sol en milieu agricole à l'échelle d'un bassin versant à partir d'images radar monopolarisées (RADARSAT-1), multipolarisées (ENVISAT) et polarimétriques (RADARSAT-2/CONVAIR-580). Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 267 p.

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Résumé

L'agriculture, telle qu'elle se pratique aujourd'hui, menace la durabilité des écosystèmes qui nous entourent. Les problèmes de pollution diffuse se multiplient en raison de l'intensité de la production agricole et des conditions climatiques variables. Le gel hivernal du sol constitue une contrainte au développement de l'agriculture au Canada en raison de ses impacts sur les pertes de rendement des cultures et sur la qualité des eaux de surface. Les développements récents de la télédétection RSO (radar à synthèse d'ouverture) polarimétrique, aéroportée et satellitaire, constituent un potentiel important pour permettre la mesure indirecte et la cartographie du gel du sol. C'est dans le but d'apporter une contribution à ces connaissances que ce travail de recherche a été réalisé. En collaboration avec Agriculture et Agroalimentaire Canada, nous avons effectué un important travail de recherche sur 12 champs agricoles, où nous avons mesuré la température du sol à différentes profondeurs (1, 5, 10, 15,35 et 50 cm), son humidité et les caractéristiques du couvert nival durant l'acquisition de plusieurs images RSO. Les champs ont été choisis en fonction des paramètres pédologiques (texture du sol, conductivité électrique et drainage) et des pratiques agricoles. Ces paramètres nous ont permis d'étudier leur impact sur la répartition spatiale et temporelle de la température du sol, ainsi que la profondeur du gel dans le sol. Notre objectif principal était d'évaluer la faisabilité de cartographier le gel du sol par les images RSO à haute résolution: RADARSAT-1 (9 m), ENVISAT (30 m) et RADARSAT-2(9 m)/Convair-580 (6 m). De cet objectif principal, découlaient les objectifs spécifiques suivants: - Mesurer l'importance relative de différents facteurs physiques environnementaux affectant la présence de glace dans le sol et les échanges énergétiques et hydriques entre le sol, la neige et l'atmosphère: température de l'air, épaisseur de la neige, humidité et température du sol. - Préciser les relations entre les coefficients de rétrodiffusion extraits d'images radar (RADARSAT-1, ENVISAT et RADARSAT-2/Convair-580) et la température de l'air, l'épaisseur du couvert de neige et la densité du couvert de neige en fonction de l'état d'un sol agricole (température, teneur en eau, rugosité) et de sa texture (sable, limon, argile). vii - Développer des algorithmes de classification du gel de sol à partir des images RSO. - Examiner les informations additionnelles qu'offre la polarimétrie radar. Déceler les outils polarimétriques essentiels pour améliorer la détection des changements spatio-temporels de l'état de la surface du sol (gelé! non gelé). D'abord, nous avons suivi la variation du signal de rétrodiffusion en fonction de la profondeur du gel du sol, ainsi que l'impact de la hauteur du couvert nival sur la profondeur du gel du sol. Les résultats obtenus ont montré une nette sensibilité du coefficient de rétrodiffusion au changement de la température du sol. De plus, le drainage, la classe granulométrique du sol et la couverture de la neige jouent un rôle très important dans la répartition spatiale de la température du sol. Nous avons trouvé que lorsque le sol gèle, le coefficient de rétrodiffusion diminue, cette baisse étant de l'ordre de 3 à 5 dB, selon le matériel originel et la rugosité de la surface du sol. La rugosité des surfaces a été analysée du point de vue qualitatif, les champs à rugosité forte (labourés) présentaient des coefficients plus élevés que ceux des champs à faible rugosité (en foin). Nous avons établi une méthode basée sur des analyses statistiques qui nous a permis de calculer une valeur seuil du signal radar pour laquelle la température de la surface du sol est de aoc (température à partir de laquelle on considère un sol gelé). Pour la cartographie du gel du sol, nous avons utilisé une carte pédologique du bassin étudié, en nous basant sur les informations pédologiques et sur les analyses statistiques. En prenant en considération l'occupation du sol, un algorithme a été généré et utilisé pour produire des cartes de gel du sol au niveau du bassin versant du Bras d'Henri pour chaque date d'acquisition. Ainsi, nous avons pu développer un algorithme de cartographie de gel du sol à partir des images RSO. D'autre part, nous avons proposé des outils polarimétriques de suivi du gel du sol. Néanmoins, les résultats demeurent limités, à cause de l'insuffisance des données au sol pour les parcelles couvertes par les images polarimétriques. Finalement, la contribution principale de cette thèse de recherche est d'avoir proposé une nouvelle méthode de classification du gel du sol à l'échelle du bassin versant qui est issue du traitement des images RSO. Ceci contribuera de manière notable au développement des connaissances liées au gel du sol, mais aussi à l'information nécessaire à la prise de décision et à la prévention des problèmes liés au gel des sols agricoles.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Bernier, Monique
Co-directeurs de mémoire/thèse: Nolin, Michel C.; van Bochove, Eric
Mots-clés libres: mesure; télédétection; cartographie; gel; sol; agriculture; bassin versant; radar; RADARSAT-1; ENVISAT; RADARSAT-2/CONVAIR-580
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 20 nov. 2012 19:15
Dernière modification: 20 nov. 2015 19:31
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/429

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