Spatialisation des flux d'énergie et d'eau : combinaison de la modélisation des échanges de surface-atmosphère et de la télédétection optique, thermique et micro-ondes

Une estimation precise de l'evapotranspiration (ET) a grand echelle est une priorite pour comprendre les interactions sol-atmosphere, particulierement dans les zones semi-arides. La teledetection fournit des informations tres pertinentes a grande echelle pour alimenter les modeles d'ET. Generalement, trois variables derivees de la teledetection sont utilisees pour determiner la distribution spatiale de l'ET : l'humidite du sol en surface (SM) derivee des donnees micro-ondes, la temperature de surface (LST) derivee des donnees infrarouges thermiques et les indices de vegetation (ou fraction de couvert fc,) issus des reflectances visible/proche infrarouge. Cependant, tres peu d'etudes ont tente de combiner les trois variables dans un meme modele ET. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette these est d'ameliorer l'estimation de l'ET en combinant la modelisation par teledetection optique /micro-ondes a multiples resolutions et la modelisation des echanges surface-atmosphere. Dans la premiere partie, le modele de bilan d'energie a double source (TSEB) base sur les donnees de LST, fc et le coefficient de Priestley Taylor (αPT) qui relie l'ET au le rayonnement net est teste sur une zone heterogene a Niamey, Niger (Wankama). Les predictions du modele en terme de flux de chaleur latente (LE) et sensible (H) sont comparees aux donnees acquises par un scintillometre a grande ouverture (LAS) installe sur un transect d'environ 3,2 km couvrant trois types de vegetation (mil, savane et jachere). Les resultats obtenus pour H et LE sont pertinents. Cependant, une surestimation des flux simules a la fin de la saison est remarquee. Ce qui est principalement due a la valeur de αPT (fixe generalement a 1,26). Dans la 2eme partie, un nouveau modele appele TSEB-SM derive du formalisme TSEB a ete developpe en utilisant, en plus des donnees LST et fc, les donnees de SM comme une contrainte supplementaire sur l'evaporation du sol. Une calibration innovante est proposee pour extraire trois parametres cles : le coefficient de Priestley Taylor (αPT) et les parametres (arss and, brss) de la resistance du sol. En pratique, arss et brss sont extraits a l'echelle saisonniere a partir des donnees SM et LST avec fc inferieur a un seuil donne fc,thres(fc,thres = 0.5), tandis que αPT est inverse a la echelle journaliere a partir des donnees SM et LST pour fc> fc,thres. Le modele TSEB-SM est teste sur une parcelle de ble inondee et 2 parcelles de ble irriguees en goutte-a-goutte en utilisant les donnees in-situ collectees lors de deux experiences experimentales en 2002-2003 et en 2016-2017 dans le bassin versant du Tensift. L'insertion de la resistance du sol dans le modele TSEB ameliore l'estimation de l'evaporation du sol et, par consequent, ameliore la partition de l'ET. L'analyse de la serie temporelle indique que αPT suit principalement la phenologie de la culture de ble, avec une valeur maximale correspondant au developpement complet de la biomasse verte et une valeur minimale atteinte a la recolte. Finalement, TSEB-SM est applique a l'etat reel en utilisant les donnees MODIS LST et fc a 1 km de resolution et les donnees SM issu de satellite SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) desagregees a l'aide d'un algorithme de desagregation (DisPATCh) a 1 km de resolution. L'approche est validee sur une periode de quatre ans (2014-2018) sur une parcelle de ble pluvial dans le bassin du Tensift, au Maroc. La parcelle a ete semee pour la saison agricole 2014-2015 (S1), 2016-2017 (S2) et 2017-2018 (S3), alors qu'elle n'etait pas laboure (sol nu) pendant la saison 2015-2016 (B1). La contrainte appliquee sur l'evaporation du sol en utilisant le SM derive des donnees SMOS est l'un des principaux facteurs de controle de la fraction evaporative, ce qui permet de determiner avec plus de precision la partition LE/H. De plus, αPT inverse augmente apres les evenements pluvieux, suggerant un lien avec la disponibilite en eau du sol dans la zone racinaire.