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Analyse comparative de l'information topographique obtenue à partir des modèles numériques d'altitude de différentes sources
No full textThere is always a margin of error concerning elevation data, which are considered one of the most important types of topographic information obtained from Digital Elevation Models (DEMs). Today, DEMs are the most useful data source for geospatial analysis and are highly requested. To achieve accuracy of DEMs, new techniques came out. Airborne Laser Scanning (LIDAR) and the Interferometric Synthetic Aperture Radar (IFSAR) are among the latest methods used in remote sensing to produce DEMs.The two techniques do not have the same advantages and disadvantages. Taking into account the morphology of terrain and factors related to vegetation, we have proceeded to various comparisons of topographic information obtained from ICES at elevation data, Canadian Digital Elevation Data (CDED), and SRTM models. We used more than 8 million points distributed in eight study areas throughout Canada. A comparison between CDED and SRTM indicated an RMSE of 11, 9 m. Vertical accuracy was found to be surface slope dependent. Comparisons made with ICESat LIDAR elevation points on SRTM and CDED models confirmed the important influence of slope on topographic information. ICES at produces excellent results in plane regions for slopes ? 5À (RMSE of 1, 5 m found in Manitoba). While comparing ICESat/SRTM with ICESat/DNEC, we observed that ICESat/SRTM presented the fewest errors. Errors between CDED and SRTM models are concentrated around a north-south axis, particularly in northern directions. ICESat/SRTM confirmed the concentration of errors in the northern directions. Comparisons showed that conifers are the species which had a major influence on the differences between the two models with an RMSE of 6,7 m.The density of vegetation does not have a significant impact on the topographic information between SRTM and CDED.The highest trees have more influence on the topographic information, with an RMSE above 5 m. However, vegetation does not influence ICES at and SRTM in the same manner. From the existing relation between contour interval and RMSE, we derived some topographical scale ranges which enable mapping with SRTM data at a scale better than 1: 250 000. For the most part, the observed RMSE between CDED and SRTM fulfills the 16 m RMSE specification for the SRTM mission. Despite the low distribution of ICESat elevation points, the importance of this satellite cannot be overemphasized: ICES at points remain a power validation tool in satellite altimetry
Analyse des signaux radars polarimétriques en bandes C et L pour le suivi de l'humidité du sol de sites forestiers
Get PDFRésumé : Dans les couverts forestiers, le suivi de l’humidité du sol permet de prévenir plusieurs désastres tels que la paludification, les incendies et les inondations. Comme ce paramètre est très dynamique dans l’espace et dans le temps, son estimation à grande échelle présente un grand défi, d’où le recours à la télédétection radar. Le capteur radar à synthèse d’ouverture (RSO) est couramment utilisé grâce à sa vaste couverture et sa résolution spatiale élevée. Contrairement aux sols nus et aux zones agricoles, le suivi de l’humidité du sol en zone forestière est très peu étudié à cause de la complexité des processus de diffusion dans ce type de milieu. En effet, la forte atténuation de la contribution du sol par la végétation et la forte contribution de volume issue de la végétation réduisent énormément la sensibilité du signal radar à l’humidité du sol. Des études portées sur des couverts forestiers ont montré que le signal radar en bande C provient principalement de la couche supérieure et sature vite avec la densité de la végétation. Cependant, très peu d’études ont exploré le potentiel des paramètres polarimétriques, dérivés d’un capteur polarimétrique comme RADARSAT-2, pour suivre l’humidité du sol sur les couverts forestiers. L’effet du couvert végétal est moins important avec la bande L en raison de son importante profondeur de pénétration qui permet de mieux informer sur l’humidité du sol. L’objectif principal de ce projet est de suivre l’humidité du sol à partir de données radar entièrement polarimétriques en bandes C et L sur des sites forestiers. Les données utilisées sont celles de la campagne terrain Soil Moisture Active Passive Validation EXperiment 2012 (SMAPVEX12) tenue du 6 juin au 17 juillet 2012 au Manitoba (Canada). Quatre sites forestiers de feuillus ont été échantillonnés. L’espèce majoritaire présente est le peuplier faux-tremble. Les données utilisées incluent des mesures de l’humidité du sol, de la rugosité de surface du sol, des caractéristiques des sites forestiers (arbres, sous-bois, litières…) et des données radar entièrement polarimétriques aéroportées et satellitaires acquises respectivement, en bande L (UAVSAR) à 30˚ et 40˚ et en bande C (RADARSAT-2) entre 20˚ et 30˚. Plusieurs paramètres polarimétriques ont été dérivés des données UAVSAR et RADARSAT-2 : les coefficients de corrélation (ρHHVV, φHHVV, etc); la hauteur du socle; l’entropie (H), l’anisotropie (A) et l’angle alpha extraits de la décomposition de Cloude-Pottier; les puissances de diffusion de surface (Ps), de double bond (Pd) extraites de la décomposition de Freeman-Durden, etc. Des relations entre les données radar (coefficients de rétrodiffusion multifréquences et multipolarisations (linéaires et circulaires) et les paramètres polarimétriques) et l’humidité du sol ont été développées et analysées. Les résultats ont montré que 1) En bande L, plusieurs paramètres optimaux permettent le suivi de l’humidité du sol en zone forestière avec un coefficient de corrélation significatif (p-value < 0,05): σ[indice supérieur 0] linéaire et σ[indice supérieur 0] circulaire (le coefficient de corrélation, r, varie entre 0,60 et 0,96), Ps (r entre 0,59 et 0,84), Pd (r entre 0,6 et 0,82), ρHHHV_30˚, ρVVHV_30˚, φHHHV_30˚ and φHHVV_30˚ (r entre 0,56 et 0,81) alors qu’en bande C, ils sont réduits à φHHHV, φVVHV et φHHVV (r est autour de 0,90). 2) En bande L, les paramètres polarimétriques n’ont pas montré de valeur ajoutée par rapport aux signaux conventionnels multipolarisés d’amplitude, pour le suivi de l’humidité du sol sur les sites forestiers. En revanche, en bande C, certains paramètres polarimétriques ont montré de meilleures relations significatives avec l’humidité du sol que les signaux conventionnels multipolarisés d’amplitude.Abstract : Over forest canopies, soil moisture monitoring allows to prevent many disasters such as paludification, fires and floods. As this parameter is very dynamic in space and time, its large-scale estimation is a great challenge, hence the use of radar remote sensing. Synthetic aperture radar (SAR) sensor is commonly used due to its wide spatial coverage and its high spatial resolution. Unlike bare soils and agricultural areas, only few investigations focused on the monitoring of soil moisture over forested areas due to the complexity of the scattering processes in this kind of medium. Indeed, the high attenuation of soil contribution by the vegetation and the high vegetation volume contribution significantly reduce the sensitivity of the radar signal to soil moisture. Studies conducted at C-band have shown that the radar signal mainly comes from the upper layer and it quickly saturates with the vegetation density. However, very few studies have explored the potential of polarimetric parameters derived from a fully polarimetric sensor such as RADARSAT-2, to monitor soil moisture over forest canopies. With its large penetration’s depth, vegetation cover effect is less important at L-band, allowing thus to better inform on soil moisture. The main objective of this project is to monitor soil moisture from fully polarime tric L and C bands radar data acquired over forested sites. The data used were collected during the field campaign of Soil Moisture Active Passive Validation EXperiment 2012 (SMAPVEX12) which took place from June 6 to July 17, 2012 in Manitoba (Canada). Four deciduous forested sites were sampled. The main species is the trembling aspen. The data used included measurements of soil moisture, soil surface roughness, characteristics of the forested sites (trees, undergrowth, litter, etc.) and fully polarimetric airborne and satellite radar data respectively acquired at L-band (UAVSAR) with 30 ̊ and at 40 ̊ incidence angles and at C-band (RADARSAT -2) between 20 ̊ and 30 ̊. Several polarimetric parameters were derived from UAVSAR and RADARSAT-2 data: the correlation c oefficients (ρHHVV, φHHVV, etc); the pedestal height; entropy (H), anisotropy (A) and alpha angle extracted from Cloude-Pottier decomposition; surface (Ps) and double bounce (Pd) scattering powers extracted from Freeman-Durden decomposition, etc. Relationships between radar backscattering data (multifrequency and multipolarisation (linear/circular) backscattering coefficients and polarimetric parameters) and soil moisture were developed and analyzed. The results showed that 1) at L-band, several optimal parameters allow soil moisture monitoring over forested sites with a significant correlation coefficient (p-value < 0.05): linear and circular σ[superscript 0] (the correlation coefficient, r, varies between 0.60 and 0.96), Ps (r varies between 0.59 and 0.84), Pd (r varies between 0.60 and 0.82), ρHHHV_30 ̊, ρVVHV_30 ̊, φHHHV_30 ̊ and φHHVV_30 ̊ (r varies between 0.56 and 0.81). However, at C-band, there are only few optimal parameters φHHHV, φVVHV and φHHVV (r is around 0.90) . 2) at L-band, polarimetric parameters did not show any added values for soil moisture monitoring over forested sites compared to multipolarised σ[superscript 0]. Nevertheless, at C-band some polarimetric parameters show better significant relationships with the soil moisture than the conventional multipolarised backscattering amplitudes
Étude du risque d'inondation en aval du Delta du Fleuve Rouge en utilisant la télédétection et les SIG le cas du district de Bac Hung Hai
No full textThe Bac Hung Hai zone is the greatest basin in the Red River Delta in Vietnam and also one of the most densely populated regions of the planet. It is mainly a rural region and its economy is dominated by agriculture. In the context of frequent and larger floods in the Bac Hung Hai zone, causing deep socio-economical consequences, the focus of this study is to establish cartography of the high risk areas for flooding in the Bac Hung Hai region using remote sensing and GIS to assist land management. The preparation of a map describing land management in this region is more complicated because parcels for farming are very small and not homogeneous. A consistent and precise map of land use is essential for studies of flooding. The secondary objective is to improve the land use map. To this effect, a classification has been applied to the combination of the spectral bands and textures (TM and ETM[indice supérieur +]) of Landsat and a radar image (ERS). The addition of this information to the spectral bands increases the accuracy of classification by 1% to 4%, according to the dates selected. Additionally, in the study zone where there are few days without clouds, a problem related to the optical satellite image is the cloud cover. Then, the use of radar images will provide ground information for areas hidden by clouds where spectral images are not sufficient. To reach these goals, we have determined the main biophysical considerations that influence flooding. Then, these considerations have been combined in a multi-criteria analysis to evaluate the risks of flooding in the entire basin area. The results show that high to very high risks affect 47% of the area studied and that the south-east region, center, and north-east present the greatest risk
Analyse comparative de l'information topographique obtenue à partir des modèles numériques d'altitude de différentes sources
No full textThere is always a margin of error concerning elevation data, which are considered one of the most important types of topographic information obtained from Digital Elevation Models (DEMs). Today, DEMs are the most useful data source for geospatial analysis and are highly requested. To achieve accuracy of DEMs, new techniques came out. Airborne Laser Scanning (LIDAR) and the Interferometric Synthetic Aperture Radar (IFSAR) are among the latest methods used in remote sensing to produce DEMs.The two techniques do not have the same advantages and disadvantages. Taking into account the morphology of terrain and factors related to vegetation, we have proceeded to various comparisons of topographic information obtained from ICES at elevation data, Canadian Digital Elevation Data (CDED), and SRTM models. We used more than 8 million points distributed in eight study areas throughout Canada. A comparison between CDED and SRTM indicated an RMSE of 11, 9 m. Vertical accuracy was found to be surface slope dependent. Comparisons made with ICESat LIDAR elevation points on SRTM and CDED models confirmed the important influence of slope on topographic information. ICES at produces excellent results in plane regions for slopes ? 5À (RMSE of 1, 5 m found in Manitoba). While comparing ICESat/SRTM with ICESat/DNEC, we observed that ICESat/SRTM presented the fewest errors. Errors between CDED and SRTM models are concentrated around a north-south axis, particularly in northern directions. ICESat/SRTM confirmed the concentration of errors in the northern directions. Comparisons showed that conifers are the species which had a major influence on the differences between the two models with an RMSE of 6,7 m.The density of vegetation does not have a significant impact on the topographic information between SRTM and CDED.The highest trees have more influence on the topographic information, with an RMSE above 5 m. However, vegetation does not influence ICES at and SRTM in the same manner. From the existing relation between contour interval and RMSE, we derived some topographical scale ranges which enable mapping with SRTM data at a scale better than 1: 250 000. For the most part, the observed RMSE between CDED and SRTM fulfills the 16 m RMSE specification for the SRTM mission. Despite the low distribution of ICESat elevation points, the importance of this satellite cannot be overemphasized: ICES at points remain a power validation tool in satellite altimetry
Contribution de l'altimétrie satellitaire à l'étude de la variabilité du niveau d'eau du Delta intérieur du fleuve Niger
No full textL'altimétrie radar a été initialement développée pour contribuer à l'étude de la dynamique des eaux océaniques. Elle a permis d'avoir des résultats significatifs sur les océans, en particulier à cause de leur vaste étendue et de leur homogénéité. Les succès obtenus sur les océans ont poussé plusieurs chercheurs à investiguer l'utilisation de l'altimétrie satellitaire pour la caractérisation des eaux et des surfaces continentales. Jusque-là, des résultats encourageants ont été rapportés par certaines études sur l'hydrologie des mers intérieures, des grands lacs et fleuves et des zones inondables. Dans cette thèse, nous évaluons l'apport de l'altimétrie satellitaire dans l'analyse des variations des niveaux d'eau dans le Delta Intérieur du fleuve Niger au Mali, en Afrique de l'Ouest. Classé parmi les sites de la Convention Ramsar sur les zones humides, le Delta intérieur joue un rôle de premier plan pour le Mali et l'ensemble de la sous-région, à la fois aux niveaux socio-économique et environnemental. Le Delta est caractérisé par une période de crue, pendant laquelle une superficie de plus de 20 000 km2 de terre reste inondée. L'eau se retire complètement pendant la période de décrue. Cette dynamique crue-décrue conditionne pratiquement l'ensemble des activités humaines dans la région et influence significativement les processus écologiques. D'où l'intérêt scientifique de mieux la comprendre. Cet intérêt est aussi justifié par la fragilité du Delta face aux changements climatiques et à la désertification. Les données d'altimétrie considérées dans l'étude proviennent des satellites Topex/Poseidon (1992-2005) et Envisat (2002-2009). Les données ont été corrigées des effets environnementaux. Afin de pouvoir élaborer des séries temporelles incluant les données provenant des deux satellites, nous avons analysé leur période de chevauchement (2002-2005). Cette analyse a révélé une bonne corrélation entre les deux séries de mesures (R[indice supérieur 2] = 0,76), et un biais systématique d'environ 89 cm. Les mesures Envisat ont alors été corrigées pour les ramener au même niveau que Topex/Poseidon, permettant ainsi de produire des séries temporelles sur 17 ans (1992-2009). Suite à cette analyse, nous proposons un algorithme de retraitement de forme d'onde qui intègre le coefficient de rétrodiffusion à l'échelle du temps de pénétration de l'onde dans un milieu en présence de végétation. L'idée ici c'est de tenir compte de l'hétérogénéité d'un milieu comme le Delta, qui peut être couvert de végétation. Pour cela, nous introduisons dans l'équation de la forme d'onde, le coefficient de rétrodiffusion estimé à partir du modèle dit des nuages d'eau, pour créer un nouvel algorithme appelé algorithme des nuages d'eau. Cet algorithme a été appliqué sur les données Envisat, mais également sur OSTM/Jason-2. Les résultats de l'algorithme ont été validés avec des mesures in situ de la Direction Nationale de l'Hydraulique du Mali et aussi avec des mesures acquises lors d'une campagne de terrain conduite entre août et octobre 2009. Les écarts observés sont généralement faibles (< [+ ou -] lm ). L'algorithme des nuages d'eau a été comparé à d'autres algorithmes existants. Il montre surtout une forte corrélation avec Ice-1 (R[indice supérieur 2] = 0,84). Finalement, nous analysons l'influence des précipitations sur les variations de niveaux d'eau obtenues. Trois sources de précipitations provenant de mesures satellitaires ou des réanalyses de modèles ont été considérées dans trois bassins d'alimentation (bassin du Fouta-Djalon en amont, bassin du Bani et le bassin intérieur au Mali). L'analyse révèle l'importance des précipitations, particulièrement dans le bassin du Fouta-Djalon. En effet, environ 70% des sites analysées [i.e. analysés] dans le Delta montrent une corrélation relativement forte (R[indice supérieur 2] > 0,40) avec les cumuls de précipitations dans les bassins considérés
Étude de la dégradation des sols due à la dynamique agricole au Sud du Mali
No full textLa présente recherche répond au besoin actuel d'évaluer l'impact des activités humaines sur les ressources naturelles de manière à encourager une exploitation durable de ces ressources. On s'intéresse précisément ici à une centaine de parcelles situées autour du terroir d'Umarbugu au Sud du Mali, une région particulièrement sensible au phénomène de dégradation des sols. L'application du modèle SLEMSA aux données caractérisant les parcelles agricoles mentionnées précédemment a permis d'obtenir des estimations annuelles des taux de pertes en sols. Celles-ci reflètent la grande variabilité et l'intensité du climat avec des années de sécheresse et très peu de pertes en sols mais aussi des années dans la moyenne, 850 mm de précipitations répartis sur environ quatre mois, ou davantage, avec des épisodes de pluies beaucoup plus intenses et de fait des pertes beaucoup plus alarmantes pouvant dépasser les 35 t/ha/année. L'analyse des estimations obtenues a également permis d'identifier certains facteurs aggravant tels que la culture du coton ou les champs ayant une grande superficie. Le modèle choisi permet de tenir compte d'éventuelles pratiques de conservation et l'on sait que certains propriétaires des champs d'Umarbugu commencent à utiliser la culture en courbes de niveau, ce qui réduit l'écoulement et favorise la rétention de l'eau. On a donc effectué quelques simulations afin d'évaluer l'impact de telles pratiques et l'on a abouti à une diminution d'environ 60 % des taux de pertes de sols
Analyse de la nuisance des élevages à forte charge d'odeur dans la MRC de L'Érable cas des élevages porcins
No full textAvec des recettes de plus d'un milliard de dollars pour l'exercice 2004, l'industrie porcine est le deuxième pilier de la filière bioalimentaire au Québec. Cependant, le développement des entreprises porcines se traduit souvent par des conflits opposant les producteurs agricoles et les riverains à cause de la dispersion des fortes odeurs autour des élevages porcins. En effet, l'élevage porcin pratiqué au Québec est de type intensif, avec des bâtiments pouvant abriter jusqu'à 2995 têtes de porcs. Les déchets solides et/ou liquides générés par ces animaux contiennent des polluants dont les plus nocifs pour la santé humaine sont le sulfure d'hydrogène H[indice inférieur 2]S et l'ammoniac NH[indice inférieur 3], Sous l'effet des paramètres météorologiques et topographiques, ces polluants peuvent se propager et causer des nuisances sur un rayon d'action jusqu'à environ 1 km autour d'un élevage. Cette situation avait amené le gouvernement provincial à adopter un moratoire de deux ans et demi sur les mégaporcheries pour contenir le mécontentement des populations qui n'hésitent plus à organiser des marches de protestation contre des projets d'agrandissement et/ou de construction de nouvelles porcheries. Notre zone d'étude est la MRC de L'Érable. Elle est située dans la région centre du Québec.Avec soixante-huit fermes porcines, le secteur du porc est un de ceux qui ont affiché la plus forte progression depuis deux décennies dans l'économie de la MRC. Notre étude a pour objectif final de trouver les emplacements potentiels dans la MRC de L'Érable pour implanter des élevages porcins qui ne nuisent pas aux populations riveraines. En premier lieu, nous avons établi une zone tampon de 1 km autour de chaque élevage pour vérifier la vulnérabilité des bâtiments et des routes. Cette opération a montré que bon nombre de bâtiments et de portions de routes sont potentiellement soumis à la pollution issue des élevages voisins. Pour confirmer cette assertion, nous avons ensuite utilisé le modèle de dispersion AERMOD. Les concentrations maximales trouvées lors de la simulation du modèle sont confrontées aux normes de qualité de l'air du MDDEP pour trouver les distances sécuritaires autour des routes et des résidences. Ces distances sont utilisées conjointement avec les normes de protection de l'hydrographie, des zones humides, des prises d'eau potable dans un modèle spatial pour identifier les meilleurs emplacements. Comme résultats, les concentrations maximales issues du modèle de dispersion sont pour un élevage individuel de 283,2 [micro]g/m[indice supérieur 3] en NH[indice inférieur 3], et 32,4 [micro]g/m[indice supérieur 3] en H[indice inférieur 2]S. Ces valeurs maximales dépassent respectivement le descripteur de toxicité chronique qui est de 100 [micro]g/m[indice supérieur 3] en NH[indice inférieur 3], ainsi que la norme horaire de 14 [micro]g/m[indice supérieur 3] de H[indice inférieur 2]S définie par le MDDEP. Pour mettre les résidences et les routes à l'abri des nuisances des élevages, il faudra les placer au-delà de 800 m de l'élevage porcin. Les emplacements potentiels résultant du modèle spatial montrent que les problèmes de nuisance d'odeurs que vivent actuellement les populations de la MRC de L'Érable viennent du fait que les élevages actuels ne respectent pas les distances séparatrices du MDDEP et ne sont pas localisés dans les lieux adéquats. L'aspect innovateur de notre étude réside dans l'utilisation de six outils d'analyse spatiale supporté par un modèle de dispersion des odeurs et les résultats satisfaisants obtenus à l'échelle locale. De la sorte, nous pensons que notre étude va contribuer à réduire les tensions sociales reliées à la problématique de la nuisance d'odeur par les élevages porcins. En outre, notre méthodologie pourra être utilisée ailleurs en l'adaptant au milieu d'étude vu que les problèmes de pollution de l'air dépassent les frontières des pays
Contribution de l'altimétrie satellitaire à l'étude de la variabilité du niveau d'eau du Delta intérieur du fleuve Niger
No full textL'altimétrie radar a été initialement développée pour contribuer à l'étude de la dynamique des eaux océaniques. Elle a permis d'avoir des résultats significatifs sur les océans, en particulier à cause de leur vaste étendue et de leur homogénéité. Les succès obtenus sur les océans ont poussé plusieurs chercheurs à investiguer l'utilisation de l'altimétrie satellitaire pour la caractérisation des eaux et des surfaces continentales. Jusque-là, des résultats encourageants ont été rapportés par certaines études sur l'hydrologie des mers intérieures, des grands lacs et fleuves et des zones inondables. Dans cette thèse, nous évaluons l'apport de l'altimétrie satellitaire dans l'analyse des variations des niveaux d'eau dans le Delta Intérieur du fleuve Niger au Mali, en Afrique de l'Ouest. Classé parmi les sites de la Convention Ramsar sur les zones humides, le Delta intérieur joue un rôle de premier plan pour le Mali et l'ensemble de la sous-région, à la fois aux niveaux socio-économique et environnemental. Le Delta est caractérisé par une période de crue, pendant laquelle une superficie de plus de 20 000 km2 de terre reste inondée. L'eau se retire complètement pendant la période de décrue. Cette dynamique crue-décrue conditionne pratiquement l'ensemble des activités humaines dans la région et influence significativement les processus écologiques. D'où l'intérêt scientifique de mieux la comprendre. Cet intérêt est aussi justifié par la fragilité du Delta face aux changements climatiques et à la désertification. Les données d'altimétrie considérées dans l'étude proviennent des satellites Topex/Poseidon (1992-2005) et Envisat (2002-2009). Les données ont été corrigées des effets environnementaux. Afin de pouvoir élaborer des séries temporelles incluant les données provenant des deux satellites, nous avons analysé leur période de chevauchement (2002-2005). Cette analyse a révélé une bonne corrélation entre les deux séries de mesures (R[indice supérieur 2] = 0,76), et un biais systématique d'environ 89 cm. Les mesures Envisat ont alors été corrigées pour les ramener au même niveau que Topex/Poseidon, permettant ainsi de produire des séries temporelles sur 17 ans (1992-2009). Suite à cette analyse, nous proposons un algorithme de retraitement de forme d'onde qui intègre le coefficient de rétrodiffusion à l'échelle du temps de pénétration de l'onde dans un milieu en présence de végétation. L'idée ici c'est de tenir compte de l'hétérogénéité d'un milieu comme le Delta, qui peut être couvert de végétation. Pour cela, nous introduisons dans l'équation de la forme d'onde, le coefficient de rétrodiffusion estimé à partir du modèle dit des nuages d'eau, pour créer un nouvel algorithme appelé algorithme des nuages d'eau. Cet algorithme a été appliqué sur les données Envisat, mais également sur OSTM/Jason-2. Les résultats de l'algorithme ont été validés avec des mesures in situ de la Direction Nationale de l'Hydraulique du Mali et aussi avec des mesures acquises lors d'une campagne de terrain conduite entre août et octobre 2009. Les écarts observés sont généralement faibles ( 0,40) avec les cumuls de précipitations dans les bassins considérés
Utilisation de la télédétection pour l’analyse de la dynamique de la biomasse aérienne sèche totale des forêts et des palmiers à huile d’une plantation mature dans le Bassin du Congo
Get PDFLe stockage de la biomasse aérienne (BA) sèche totale des forêts est indispensable à la lutte contre les changements climatiques. Depuis quelques décennies, il y a une tendance à l’introduction de cultures agro-industrielles, comme les plantations de palmiers à huile, dans les forêts tropicales dans le Bassin du Congo. Ces conversions participent à l’augmentation ou à la diminution des émissions ou absorptions de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère, tout en occasionnant des changements climatiques. Dans cette région, la disponibilité des données de terrain et de télédétection est relativement limitée pour évaluer la BA. L’estimation de la BA des palmiers à huile n’est également pas maitrisée dans le Bassin du Congo. Les incertitudes rapportées dans les études précédentes utilisant la télédétection demeurent encore élevées. Plusieurs approches à fort potentiel restent encore à développer ou à évaluer. À titre d’exemple, l’approche MARS (régressions multivariées par spline adaptative) pour estimer la BA n’a pas encore été testée, notamment avec des données combinées optiques, LiDAR et radar. Les pertes et les gains de la BA dus aux changements des forêts en palmiers à huile dans le Bassin du Congo, particulièrement au Gabon, n’ont pas encore été quantifiés. La présente étude vise alors à contribuer au développement des méthodes d’estimation de la BA par l’utilisation de la télédétection pour comprendre l’impact des plantations des palmiers à huile sur les variations de la BA des forêts.
Au cours de la présente étude, nous avons développé les premiers modèles allométriques d’estimation de la BA des palmiers à huile à l’aide de mesures in situ originales, que nous avons acquises dans le Bassin du Congo. Des modèles de BA des palmiers à huile ont également été établis avec MARS et les régressions linéaires multiples (RLM) en utilisant des indices dérivés de la transformée de Fourier (indices FOTO) à partir d’images satellitaires FORMOSAT-2 et PlanetScope. Finalement, cette thèse propose aussi des modèles MARS qui combinent des données de télédétection optiques (SPOT 7), LiDAR et radar polarimétrique interférométrique (PolInSAR) pour estimer la BA des forêts tropicales. À l’aide des estimations fournies par les modèles construits, la dynamique des BA des forêts et des plantations de palmiers à huile a été analysée.
Les résultats ont montré que le modèle allométrique local de BA, utilisant la variable composée formée par le diamètre à hauteur de poitrine, la hauteur et la densité, ou le nombre de feuilles, permettait d’avoir les meilleures estimations (erreur quadratique moyenne relative (%RMSE) = 5,1 %). Un modèle allométrique de BA relativement performant a également été construit en utilisant seulement le diamètre et la hauteur (%RMSE = 8,2 %). Pour l’estimation des BA des palmiers à partir d’images FORMOSAT-2 et PlanetScope, les résultats démontrent que l’approche MARS permet les évaluations les plus précises (%RMSE ≤ 9,5 %). Cela est particulièrement vrai lorsque les images FORMOSAT-2 sont considérées (%RMSE ≤ 6,4 %). Les modèles de régression linéaire multiple donnent aussi des résultats avec des erreurs faibles, mais n’atteignent pas l’approche MARS (%RMSE ≥ 6,6 %). Cette dernière a été utilisée pour développer une série de modèles afin d’estimer les BA des forêts de la région d’étude. Les résultats montrent que le modèle utilisant la variable individuelle de la hauteur médiane de la canopée (RH50) dérivée des données LiDAR a estimé la biomasse avec plus de précision (%RMSE = 28 %). La combinaison de données de télédétection (optique, LiDAR et radar) a réduit de près de 4 % les erreurs d’estimation de la biomasse du modèle exploitant la variable individuelle (RH50).
Les analyses de la dynamique de BA due aux remplacements des forêts en palmeraies ont enfin permis de constater que les forêts sont plus des vecteurs de gains de BA que les palmeraies particulièrement pour les forêts matures (512 t ha-1 de plus de BA que les palmeraies, soit un surplus de 88 %). Ce constat est identique pour les forêts secondaires vieilles (168 t ha-1, soit 70 % de surplus de BA que les palmeraies) et les forêts secondaires jeunes-adultes ou inondables (74 t ha-1 de plus que les palmeraies, soit un excédent de 51 %). En revanche, l’installation de plantations de palmiers à huile dans les zones de sols nus ou forêts en repousse pourrait être gagnante en termes de BA, car celles-ci ne présentent que 72 t ha-1 de BA (100 % moins que les palmiers). C’est le cas aussi dans les zones occupées par les forêts secondaires jeunes-adultes avec des BA minimales et des sols nus ou des forêts en repousse avec des BA maximales de 52 t ha-1 (20 t ha-1, soit 38 % de BA de moins que les palmeraies)
Réponse d'un système aquifère aux changements climatiques et au stress anthropique : apport de la modélisation numérique et la gravimétrie satellitaire
Get PDFLes changements climatiques, leurs impacts sur les ressources en eau, ainsi que les mesures d’adaptation constituent une préoccupation majeure à travers le monde. Aujourd’hui, les recherches canadiennes sur les impacts du changement climatique sur les eaux souterraines, intègrent de plus en plus l’utilisation des nouvelles technologies, entre autres les modèles géoscientifiques et la télédétection, pour suivre la variabilité des paramètres hydrologiques et mieux comprendre l’avenir de la ressource.
Cette thèse vise à évaluer le potentiel des nouvelles technologies (Modélisation numérique et télédétection) dans l’analyse de la dynamique spatiale et temporelle du stockage des eaux souterraines et le suivi de l’impact des changements climatiques sur les ressources en eau dans le bassin de la rivière de Saskatchewan (SRB). Pour ce faire, les données géologiques, hydrodynamiques, et piézométriques (c.-à-d. les données hydrogéologiques) sont collectées, analysées et harmonisées pour l'élaboration du modèle conceptuel. Dans le cas du SRB, qui fait l'objet de la présente thèse, ces données ont été acquises au cours de plusieurs décennies par divers organismes, notamment des services géologiques, des municipalités, des sociétés de conseil ou d'ingénierie et des chercheurs universitaires. Avant d'interpréter les données, plusieurs étapes doivent être franchies, puisque les données proviennent d'une variété de sources situées dans les trois provinces des Prairies (Alberta, Saskatchewan et Manitoba) et du gouvernement fédéral du Canada.
La méthodologie générale de cette thèse repose sur deux approches différentes : 1) un cadre de modélisation mathématique basée sur le calcul d’indicateur, d’estimation de magnitude, d’un modèle géologique 3D et sur le couplage de l'outil d'évaluation des sols et des eaux (SWAT) et le modèle hydrologique modulaire (MODFLOW) ; et 2) des observations gravimétriques par satellite provenant de la mission Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) et de son suivi (GRACE-FO) et des données de télédétection multisources modélisées par des modèles d’apprentissage machine.
La première partie de la thèse, qui concerne les Prairies Canadiennes avec son vaste étendue, sert à examiner les tendances en matière de sécheresse météorologique sur la base d'une moyenne des ensembles de données du modèle climatique régional extraites du programme CMIP 6 et leur lien à l'aide de la transformée en ondelettes avec la variabilité à long terme des anomalies TWS dérivées de GRACE et de GRACE-FO dans tous les sous-bassins hydrographiques des Prairies canadiennes. Pour ce faire, de nombreux tests géostatistiques et non paramétriques ont été utilisés et réalisés. Sur la base des tests de Mann-Kendall et de pente de Sen, le modèle NorESM2-LM se distingue comme étant le meilleur en termes d'estimation du taux de précipitations dans la région. Le réchauffement de la région dû à l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre est en grande partie responsable de l'augmentation de l'humidité atmosphérique. Il en résulte deux réponses hydrométéorologiques différentes : certaines régions connaissent une diminution des précipitations solides (neige) et une augmentation des précipitations liquides, et d'autres l'inverse. Cette constatation est liée à la position géographique de la région et le degré de la hausse et de la baisse est lié au scénario RCP utilisé. La tendance positive est observée généralement dans la partie nord de la zone d'étude, ce qui explique la réduction de la couverture neigeuse dans certaines régions des Prairies canadiennes et une augmentation de l'équivalent en eau de la neige. En raison de ces changements climatiques, le fonctionnement des hydrosystèmes dans les Prairies a été perturbé et il subit actuellement des contraintes combinées dues aux activités humaines et aux sécheresses météorologiques. Afin d'évaluer l'impact de ces contraintes sur les ressources en eau, les anomalies du TWS obtenues grâce aux missions GRACE et GRACE-FO ont été comparées aux ensembles de données sur les précipitations de NorESM2-LM. Il a été observé que la variation du TWS dépend beaucoup de la saison et est synchronisée avec certaines périodes de sécheresse connues. Les hydrosystèmes réagissent pendant ces périodes de sécheresse avec des retards variant de 3 à 60 jours selon les zones considérées.
Pour le SRB, cette thèse montre un appauvrissement généralisé des eaux souterraines dans le SRB qui peut atteindre -1 m au cours de la période étudiée (2002-2019). L'appauvrissement maximal apparaît surtout après 2011. Le bilan hydrique simulé par SWAT-MODFLOW a montré que la SRB pouvait être divisée en trois zones principales. La zone montagneuse à l'extrême ouest du bassin est la première zone, qui est la plus dynamique en termes de recharge, atteignant +0,5 m. La deuxième zone est la zone centrale, où les activités agricoles et industrielles prédominent, ainsi que l'approvisionnement en eau potable. Cette zone est la moins rechargeable et la plus intensivement exploitée, avec un appauvrissement allant de +0,2 à -0,4 m durant la période 2002-2011 et jusqu'à -1 m durant la période 2011-2019. Enfin, la troisième zone est la zone septentrionale dominée par la forêt boréale. Ici, l'exploitation est moyenne, mais le sol ne démontre pas un pouvoir de stockage important.
En effet, les résultats de ces études soulignent l'importance de mettre en œuvre des mesures de gestion efficaces pour sauvegarder les ressources en eau de la région, en particulier si l'on considère les défis posés par le changement climatique et l'extraction excessive des eaux souterraines des aquifères. À cet égard, la télédétection et les techniques de modélisation hydrogéologique sont devenues des outils précieux qui peuvent aider les gestionnaires des ressources en eau à prendre des décisions éclairées concernant la gestion des ressources en eau
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