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).

摘要

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