Dissertations / Theses: 'Humidité du sol – Conservation'

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Grégoire, Vincent. "L’apport de biomasse végétale et l’amélioration des propriétés hydrauliques des sols organiques cultivés." Master's thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66302.

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Abstract:

Au sud de Montréal (Québec, Canada), une zone de plus de 12 000 hectares de sol organique est réputée pour sa production maraichère. D’anciens dépôts de végétation forment ce sol se distinguant des sols minéraux typiques, avec des propriétés favorables à cette culture induite par le taux élevé de matière organique. Toutefois, plusieurs mécanismes causent leur dégradation. De plus, différentes propriétés physiques ou hydrauliques se détériorent avec l’évolution du sol, causant également des problèmes de drainage. Ainsi, des mesures de conservation nécessitent d’être mises en place afin d’assurer la pérennité de ces terres agricoles. Parmi les approches envisagées, l’incorporation de biomasse végétale broyée permettrait d’apporter de la matière organique, mais également d’améliorer la qualité physique du sol. Pour valider cette méthode, différentes doses de biomasse végétale d’espèces ligneuses et de graminées ont été incorporées à des échantillons de sol et incubées pendant 12 mois. Des mesures ponctuelles de diverses propriétés physiques et des comportements hydrauliques ont permis d’évaluer l’amplitude et la durée de l’effet des biomasses selon la dose appliquée. Le suivi de la hauteur des échantillons a permis de noter un gain jusqu’à 73 mm de sol organique après l’incorporation d’une forte dose de biomasse, comparativement au témoin. La modélisation de la courbe de rétention a permis d’établir des relations marquées de l’augmentation de la teneur en air de 23,8% à 37,8% selon le dosage durant l’incubation pour le sol de surface, mais sans changements notables en profondeur. Trois indicateurs de performance ont été utilisés pour évaluer le comportement du drainage, qui s’est avéré rapide dans les conditions du dispositif expérimental. Le drainage a ralenti selon la dose de biomasse, mais le sol s’aérait plus rapidement en surface. Les biomasses des espèces ligneuses ont eu une plus grande influence sur les différentes propriétés des sols étudiés que les graminées.
South of Montreal (Québec, Canada), an area of 12 000 hectares is well known for its vegetable production. Accumulated vegetation led an organic soil with advantageous properties for vegetable production when compared to typical mineral soils. However, several degradation processes are affecting soil properties and a too low level (under 40 cm) of the organic layer thickness may be reached within in the next decades if conservation practices are not implemented. Physical and hydraulic properties have shown signs of deterioration leading to drainage problems. Thus, soil conservation strategies need to be developed to ensure the sustainable use of these agricultural land. Incorporation of plant biomass could compensate for losses of organic matter and could also improve the soil physical properties. To validate this mitigation practice, different vegetal biomass rates from woody and grass species were incorporated into undisturbed organic soil cores before an incubation period of 12 months. Discrete measurements allowed for the evaluation of the amplitude and persistency of the biomass effect on various physical and hydraulic properties. After an application of biomass at high rate (20% v/v), the final soil height within the cores increased up to 73 mm when compared to control cores. The modelling of the soil water retention curves led to linear relations between biomass application rates and air content. The latter increasing from 23,8% to 37,8% in the surface soil layer throughout the incubation period, but had only a minor effects on deeper soil layers. Three indicators of performance were chosen to evaluate the drainage behavior, which appeared to be fast under the experimental conditions. Drainage was slowed down with increasing biomass application rate, but surface aeration improved on the other end. In general, wood type biomass had a greater influence than the grass type biomass on the studied variables.

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Ouédraogo, Mahaman. "Contribution à l'étude de l'impact de la variabilité climatique sur les ressources en eau en Afrique de l'ouest. Analyse des conséquences d'une sécheresse persistante : normes hydrologiques et modélisation régionale." Montpellier 2, 2001. http://www.theses.fr/2001MON20217.

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Le, Guyader Elie. "Influence des amendements organiques issus de résidus de palmier dattier sur les propriétés et la fertilité de sols de régions arides et semi-arides." Electronic Thesis or Diss., Reims, 2024. http://www.theses.fr/2024REIMS028.

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Abstract:

Ce doctorat s’inscrit dans le cadre du projet ISFERALDA (Improving Soil FERtility in Arid and semi-arid regions using Local DAte palm residues), qui vise à développer la valorisation des résidus de palmier dattier pour la production d’amendements organiques en Tunisie et en Algérie et améliorer la résilience des agroécosystèmes des régions sèches. Les objectifs étaient d’étudier l’influence des apports de compost et de biochar sur les propriétés des sols et leur capacité de production végétale. Des expérimentations conduites en laboratoire ont permis d’évaluer l’effet du compost, du biochar et du mélange compost-biochar sur la capacité de rétention en eau de sols avec des textures contrastées. Les résultats ont montré une augmentation de la réserve utile de 80 % dans un sol sableux avec l’apport de biochar, tandis que le compost avait un effet plus modéré (+12 %). Des incubations en conditions contrôlées avec un sol sableux d’oasis ont permis d’estimer la part de carbone minéralisée du compost produit en Tunisie (≈17 % après 112 jours). En parallèle, des analyses Rock-Eval® ont révélé une stabilité thermique contrastée selon les composts étudiés, mettant en évidence des difficultés dans le processus de compostage du palmier dattier. Enfin, une culture d’orge a été conduite en cellule Écolab sous climat aride simulé pour étudier l’effet des amendements organiques sur la production végétale et la dynamique de lixiviation des macronutriments. Les résultats n’ont pas montré de potentiel améliorant à court terme du biochar, seul ou enrichi avec une source organique riche en azote. Le compost a amélioré les rendements en grains de l’orge, bien que la fourniture en azote ait été limitée dans la durée. En conclusion, le compost améliore la fertilité des sols sableux à court terme, mais sa composition riche en sels nécessite une attention particulière afin de réduire le risque de salinisation des milieux cultivés en régions sèches. Le biochar de palmier dattier est stable dans le sol mais l’intérêt de son application est limité sur le plan de la nutrition minérale des végétaux
This PhD is part of the ISFERALDA project (Improving Soil FERtility in Arid and semi-arid regions using Local DAte palm residues), which aims to develop the transformation of date palm residues in organic amendments to improve the resilience of agroecosystems in dry regions. The objectives were to study the influence of compost and biochar inputs on soil properties and plant productivity. First, laboratory experiments were carried out to assess the effect of compost, biochar and compost-biochar mixtures on the water retention capacity of soils with contrasting textures. Results showed an increase in available water capacity (+80%) in a sandy soil with the addition of biochar, while compost had little effect (+12%). Incubations under controlled conditions with an oasis sandy soil enabled us to estimate the proportion of mineralized carbon in the compost produced in Tunisia (≈17% after 117 days). In parallel, Rock-Eval® analyses revealed contrasting thermal stability depending on the composts studied, highlighting difficulties in the date palm composting process. Finally, a barley crop was grown in an Ecolab cell under a simulated arid climate to study the effect of organic amendments on plant productivity and leaching losses of macronutrients. The results showed no improvement potential with biochar addition at the short-term, either alone or enriched with a nitrogen-rich organic source. Compost improved barley grain yields, although nitrogen supply was limited over time. In conclusion, compost improves the fertility of sandy soils in the short term, but its salt-rich composition requires specific attention to reduce the risk of salinization in cultivated environments in drylands. Date palm biochar is stable in the soil, but its use is limited in terms of plant mineral nutrition

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Gruhier, Claire. "L’humidité du sol par télédétection micro-ondes en région sahélienne." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066435.

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Abstract:

L'objectif principal de cette thèse est de contribuer à la mesure du contenu en eau du sol en région sahélienne, par l'évaluation les performances d'inversion des produits d'humidité du sol actuellement disponibles et basés sur des mesures micro-ondes, longueurs d'ondes les plus sensibles aux variations de l'humidité du sol. Trois principales études composent cette thèse. La première est une analyse de la variabilité spatiale et temporelle du réseau d'humidité du sol du site malien d'AMMA, dont le déploiement instrumental a été conçu notamment pour la validation de produits satellites. La seconde étude menée évalue les performance du produit d'humidité du sol officiel de la NASA sur deux sites aux conditions bio-climatiques contrastées (semi-aride et tempéré), mettant en évidence les disparités de qualité d'inversion selon le type d'environnement. Enfin, la dernière étude fourni une intercomparaison de cinq produits d'humidité du sol sur le site sahélien. Les résultats obtenus mettent en évidence une grande hétérogénéité des estimations de l'humidité du sol obtenues à partir de différents capteurs. Bien que les bandes micro-ondes jusque-là disponibles ne soient pas optimales, certains produits fournissent des inversions de bonnes qualités grâce à un algorithme d'inversion performant. L'ensemble des analyses menées permettent d'aiguiller les utilisateurs vers les produits d'humidité du sol ayant les meilleures performances en accord avec leurs besoins sur cette région du globe. Elles sont également très prometteuses pour les futures estimations effectuées à partir des données en bande L de SMOS, le premier satellite dédié à l'observation de l'humidité du sol.

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Staffolani, Sandrine. "La conservation du sol en droit français." Limoges, 2008. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/5a087dec-e13f-451f-9d87-b9bbf59dd3e0/blobholder:0/2008LIMO1012.pdf.

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Abstract:

Le sol constitue , en droit, un immeuble par nature objet de propriété, mais également un élément de l’environnement. Il assure des fonctions écologiques et économiques indispensables tant au fonctionnement des écosystèmes, qu’à la vie de l’Homme, puisqu’il est à la fois un espace, une ressource et un milieu naturels. C’est un milieu vivant et vital qui s’étend jusqu’au sous-sol. Face à la diversité et à l’accroissement des menaces pesant sur le sol (pollution érosion, etc. ), le droit français apparaît a priori démuni, puisqu’il n’existe pas de réglementation spécifique au sol. Il n’en est rien. L’étude des règles de droit relatives à la protection de ce milieu naturel permet de mettre en évidence un système juridique de conservation du sol visant à en assurer la pérennité. En effet, l’éparpillement des règles relatives à la préservation du sol cache une adaptation progressive et sous-jacente du droit à cette problématique autour de deux axes : la protection et la réparation du sol. Afin de démontrer l’existence du système de conservation du sol c’est-à-dire sa protection et sa réparation, la recherche a été réalisée autour des deux principales sources d’altération du sol : la propriété et l’exploitation. La conservation du sol regroupe ainsi l’ensemble des instruments juridiques, semblables ou spécifiques, permettant d’assurer tant la protection que la réparation du sol approprié et du sol exploité
From a law standpoint, soil is immovable by its nature, subject to property, but it is also a component of the environment. It provides ecological and economical fonctions, essential not only to ecosystems functioning but also to human life, as soil is at the same time an area, a natural resource and a natural environment. It is a living and vital environment stretching out to the subsoil. Facing the diversity and growing threats to soil (pollution, erosion, etc. ), French law seems at first sight, to be deprived of, as there is no specific regulation concerning the soil. But, it is nothing of the sort. The study of law rules related to the protection of this natural environment, allows to reveal a legal system of soil conservation aimed at ensuring its durability. Indeed, the scattering of rules related to soil preservation , hides the gradual and underlying adaptation of the law around two main lines : soil protection and soil remedying. In order to prove the existence of this soil conservation legal system (that is to say its conservation and reparation), this research has been carried out around the two main sources of soil alterations : property and exploitation. Thus soil conservation encompasses all the legal tools, equivalent or specific, ensuring not only the protection but also the reparation of the owned soil and the exploited soil

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Tran, Thanh Chi. "Influence de l'oxygène et de l'humidité sur la performance de biodégradation de l'hexadécane dans un sol : étude expérimentale et modélisation." Compiègne, 2010. http://www.theses.fr/2010COMP1861.

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Abstract:

L’'influence de l'oxygène et de l'humidité sur la biodégradation de l'hexadécane dans un sol a été étudiée en microcosme. Les tests de biodégradation en phase liquide à partir de la biomasse extraite du sol ont permis d'identifier les paramètres liés à la cinétique de croissance et de décès avec deux niveaux de pollution différents (1,25 et 2,5 g/1). Les tests de biodégradation en phase solide (sol avec cinq humidités 15, 20, 25, 30 et 35%) ont permis d'identifier les paramètres liés au transfert d'oxygène et à l'influence de l'humidité. Les résultats montrent que la vitesse de biodégradation d'hexadécane est maximale à l'humidité de 20% et minimale à l'humidité de 35%. De plus, un protocole a été mis au point afin de suivre semi-quantitativement l'influence de l'oxygène. Cette étude a aussi suivi la variation du quotient respiratoire (QR) qui reflète les phases différentes de la biodégradation d'hexadécane et donc l'adaptation de la population microbienne du sol aux conditions environnementales. Un modèle mathématique a été développé, cependant les méthodes algorithmiques utilisées n'ont pas permis d'identifier les paramètres de manière satisfaisante. Si le modèle phénoménologiquement apparaît crédible, le nombre restreint de données et leur fiabilité insuffisante s'est avéré mathématiquement limitant pour identifier les paramètres à partir des valeurs expérimentales. Cependant, le modèle descriptif développé permet une description satisfaisante de la biodégradation dans un sol non-saturé, notamment en ce qui concerne l'influence de l'oxygène et l'humidité sur son efficacité
The effect of oxygen and moisture on the biodegradation of hexadecane in soit was studied in microcosm. The tests of biodegradation in liquid phase (with biomass extracted from soif) allowed identifying the parameters related to the kinetics of growth and death with two different levels of pollution (1. 25 and 2. 5 g/1). The tests of biodegradation in solid phase (soi! with five moistures 15, 20, 25, 30 and 35%) allowed identifying the parameters related on the transfer of oxygen and the influence of moisture. The results show that the biodegradation rate of hexadecane is maximal with the moisture of 20% and minimal with the moisture of 35%. Moreover, a protocol was developed in order to semi-quantitatively follow the influence of oxygen. This study also carried out the evolution of the respiratory quotient (RQ) with time which reflects the different phases of hexadecane biodegradation and Chus the adaptation of microbial population in soit to the environmental conditions. A mathematical model was developed, however, the algorithmic methods used did not allow satisfactorily identifying the parameters. If the model appears credible, the restricted number of data and their insufficient reliability did not allow mathematically identifying the parameters from the experimental values. However, the descriptive model allows a satisfactory description of the biodegradation in un-saturated soi!, in particular with regard to the influence of oxygen and moisture on its effectiveness

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Escorihuela, Maria José. "Estimation de l'humidité du sol à partir de données radiométriques en bande-L : préparation de la mission SMOS." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2006. http://oatao.univ-toulouse.fr/7541/1/escorihuela1.pdf.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la préparation de la mission SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity). Sur les terres émergées, le satellite SMOS fournira une cartographie globale de l'humidité du sol à partir de données radiométriques en bande-L (1.4 GHz). Le principe physique repose sur la sensibilité de la bande- au contenu en eau de la surface. Le couvert végétal contribue à l'émission en fonction de son contenu en eau, et ses effets doivent être corrigés pour estimer l'humidité du sol. Le satellite SMOS obtiendra des mesures à deux polarisations (horizontale et verticale) et à multiples angles d'incidence. Ce système surdéfini permettera l'inversion de plusieurs paramètres, notamment l'humidité du sol et l'opacité de la végétation. L'objectif de cette thèse est de tester et d'améliorer si possible les modèles micro-ondes pour les scènes naturelles, en tenant compte les particularités de la configuration SMOS, notamment la diversité d'angles d'incidence. La première partie est consacrée à l'émission d'un sol nu. Dans un premier temps, deux approches (télédétection et capteurs in situ) pour estimer l'humidité du sol ont été comparées. Dans un deuxième temps, la signature angulaire et polarimétrique de l'émission d'un sol nu rugueux est étudiée, un modèle semi-empirique est développé pour prendre en compte des effets de la rugosité aux différents angles et polarisations. La seconde partie est consacrée à l'émission d'un couvert végétal. L'influence de la rosée et les variations journalières de teneur en eau de la végétation sur l'émission ont été analysées.

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Effenguet, Hervé Crépin. "Écoulements préférentiels dans un sol fin compacté." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1998. http://www.theses.fr/1998INPLA94N.

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Abstract:

Le développement des écoulements préférentiels dans les milieux poreux constitue un aspect qui doit être maîtrisé pour des études efficaces de caractérisation hydrodynamique de ces matériaux. Dans le but de comprendre ce phénomène dans les sols fins, une étude est réalisée suivant la méthode morphologique sur un sol fin peu plastique, le limon de Jossigny. Pour ce faire, un traceur, le Brillant Bleu, est utilisé. Le matériau pris à différentes teneurs en eau et tailles des mottes est compacté suivant différents modes de compactage (dynamique et semi-statique par couches). L'infiltration, sous différentes pressions hydrauliques, de la solution traçante a permis de noter l'instabilité du front d'humidité dans les éprouvettes de sol reconstituées dynamiquement, tandis que celles issues du compactage semi-statique présentent une répartition et évolution quasi-homogènes des écoulements dans le sol. Le développement des écoulements préférentiels aux faibles et moyennes teneurs en eau dans les éprouvettes reconstituées dynamiquement n'est pas fonction de l'état physique du sol et de la pression hydraulique appliquée, et est exclusivement lié à l'hétérogénéité structurale de tels milieux après compactage. Les données issues du traitement d'images sur ces éprouvettes sont par la suite utilisées pour une tentative de visualisation tridimensionnelle des chemins d'écoulement préférentiel dans ce type d'éprouvettes. La simulation est réalisée grâce au logiciel de modélisation gOcad. Les éprouvettes homogènes issues du compactage semi-statique sont reconstituées suivant une procédure particulière mise au point au cours du présent travail. Cette procédure est issue de la confrontation des résultats issus de l'étude des écoulements préférentiels avec ceux, d'une part, de répartition et d'évolution de la densité dans des éprouvettes dynamiquement reconstituées, et d'autre part, d'évolution de l'indice des vides lors du compactage semi-statique d'une couche épaisse de sol fin. Ces éprouvettes sont par la suite utilisées pour l'étude de l'infiltration dans un sol fin non saturé soumis à l'action d'une légère pression de confinement. Dans le cas du matériau utilisé, et pour les conditions d'essai et la procédure expérimentale considérées, une telle étude s'avère très difficile du fait des effets de paroi (écoulements sol-membrane) et des éventuels changements de la structure du sol dans sa zone humidifiée, sous l'action du confinement agissant simultanément au processus d'infiltration (couplage hydro-mécanique)
The development of preferential flow paths in the porous medias constitutes an aspect which must be controlled for effective caracterizations of these materials. Ln order to understand this phenomenon in the fine soils, a study is realised according to the morphological method on a plastic fine soil, the silt of Jossigny. The Blue Brilliance is used to dye the preferential flow paths. The material at various water contents and sizes of the clods is compacted according to various methods of compaction (dynamic and semi-static) by layers. Infiltration of dye under various hydraulic pressures indicates the development of preferential flow paths in the dynamic compacted samples, while those resulting from the semi-static compaction present a quasi-homogeneous distribution and evolution of flow in the soil. The development of the preferential flow paths to low and average water contents in the dynamically compacted samples is not a function of the initial state of the soil and the applied hydraulic pressure. It depends exclusively to structural heterogeneity of such a medium after compaction. The data resulting from the image processing on these samples are used for an attempt at three-dimensional visualization of preferential flow paths. Simulation is realised with gOcad software modelisation. Homogeneous samples resulting trom semi-static compaction are prepared according to a particular proceeding developed during the present work. This proceeding results trom the study of preferential flows and the study of distribution and evolution of density in dynamically compacted samples, and the study of evolution of the void ratio in semi-static compaction of a fine soil. These homogeneous samples are used to study infiltration in a partir fine soil with a slight confining pressure. Ln the case of material used in this study, and for the conditions of test and experimental procedure considered, because of the soil-membrane effects and changes of the structure of the soil under the action of confining during infiltration process (hydro-mechanics coupling) some difficulties have been noted

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Schneider, Sébastien. "Estimation des paramètres hydrodynamiques des sols à partir d’une modélisation inverse de données d’infiltration et de résistivité électrique." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112337.

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Abstract:

Cette thèse consiste en l'établissement d'une méthode d'estimation des paramètres hydrodynamiques du sol par le biais d'une modélisation inverse d'une infiltration à disque pendant laquelle des mesures de résistivité électrique sont réalisées dans la zone du bulbe d'infiltration. Après avoir suggéré l'intérêt et les avantages d'une telle méthode, on a démontré, par le biais d'une étude numérique que la méthode peut conduire aux résultats escomptés. Pour cela des représentations de la fonction objective ont été proposées, et des scénarios d'inversion ont été testés. 3 paramètres hydrodynamiques et 2 paramètres pétrophysiques, qui assurent' via la relation de Rhoades et al. (1976) la correspondance entre la teneur en eau volumique du sol et sa résistivité électrique, ont été inversés. On a montré que la méthode est adaptée à la détermination des paramètres hydrodynamiques, mais pas à celle de paramètres pétrophysiques. Enfin, des expériences de terrain et des inversions numériques associées ont été réalisées. Pour les 3 sols de textures différentes testés, 4 scénarios d'inversion ont été proposés. Il a été observé, que dans le cas du sol limoneux la méthode conduit vers une estimation correcte des paramètres hydrodynamiques, que les paramètres de Rhoades ne peuvent être inversés qu'avec une incertitude très large, tout comme la dispersivité. Pour les sols sableux et argileux, les paramètres hydrodynamiques ont été optimisés avec des incertitudes plus importantes que dans le cas du sol limoneux. Pour le sol argileux, l'optimisation de la dispersivité s'est révélé impossible. A ce stade de développement, la méthode semble bien adaptée pour les sols de texture moyenne
This thesis work aims to establish an inverse method for estimating soil hydraulic properties using infiltration data (during a disc infiltromètre experiment) and electrical resistivity data obtained in the wetting bulb zone. After introducing the method and suggesting it’s the relevance, we realized numeric study (synthetic data) for demonstrating the capability of the method to get a correct estimation of the hydraulic parameters (parameters of the Mualem-van Genuchten). Therefore maps of the objective function have been realized, and inversion scenarios have been tested. Three hydraulic parameters and two petrophysical parameters witch allow to convert by the Rhoades's law (1976) the soil electrical resistivity to the volumetric water content. The numerical study showed that the method is well suited for estimating the hydraulic parameters but not for the petrophysical parameters. The last chapter deals will real experiments and their associated numerical inversions. For the 3 soil textures tested, 4 inverse scenarios were realized. In comparison with other methods, we concluded, that, for the loamy soil case, the method has led to the correct estimations of the hydraulic parameters, but estimations on the Rhoades parameters is incorrect. The dispersivity is estimated with a large uncertainty. For the sandy soil estimations the hydraulic parameters and of the dispersivity are less accurate than for the loamy case. For the clay soil, hydraulic parameters are also estimated with a large uncertainty. The method, at this stage of development, seems to be more adapted for soils with medium texture

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Claudeville, Xavier. "Mouvements d'eau dans les sols et sous-sols selon les grands types de terrains, et possibilités de contrôler les apports aux nappes." Bordeaux 3, 1992. http://www.theses.fr/1992BOR30006.

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Abstract:

L'étude proposée est d'abord une recherche appliquée, en l'occurrence la validation d'un programme d'analyse applicable en routine sur les donnes existantes, avec traitement au pas de temps journalier de 85 bassins versants de 0,2 à 7000 km2 mais d'environ 150 km2 pour la plupart, avec en moyenne trois bassins par type de terrain représentatifs du territoire national ; mais de ce fait il s'agit également d'une recherche fondamentale sur la variabilité spatiale des composantes du cycle hydrologique à l'échelle géographique. La méthode principale mise au point pour cette étude est un programme d'analyse de la structure de l'information entrées-sorties, appliquée à un schéma hydrologique à deux entrées -précipitations et alimentation de nappe - et trois sorties -etr, infiltration profonde, et débits, avec prise en compte du ruissellement, de l'humidité du sol, de la recharge en eau non gravitaire du sol, de l'alimentation de la nappe phréatique par effet piston et transit lent du sol à la nappe, et des remontées capillaires. On utilise les résultats des mesures in situ publiées (par sondes a neutrons, piézomètres, traçages isotopiques) pour juger de la pertinence de la méthode sur cinq bassins expérimentaux, puis en deuxième partie, on teste la sensibilité de l'analyse, la cohérence des données calculées, et le pouvoir explicatif des divers hydro- systèmes ainsi révélés pour les 80 bassins versants de la Dordogne. Les réserves de nappe sont assez bien corrélées avec les volumes des aquifères phréatiques estimés par morphométrie. Des méthodes de modification des taux d'infiltration sont proposées, en 3e partie
This research has a practical object, the validation of an analysis computer program, usable with any existing data, and applied on daily data of 85 catchments of 0. 2 to 7000 skm (but of 150 skm for the most), with three catchments in average per french geological unit; thereby it is also a survey about the spatial variability of the hydrological cycle elements on the geographical scale. The most important method elaborated for this purpose is a computer analysis of a two inputs- three outputs black box, applied on the rainfalls and groundwater inflow for the inputs, and the actual evapotranspiration, groundwater outflow, and runoff for the outputs. The overland flow, soil moisture, inputs into the capillary soil networks, water-table inputs by piston effect or solw transit flow, and capillary rise, are acomputed. The available in-situ measures as neutron probe soil moisture, piezometer elevations and isotopic surveys, are correlated with these computer data for five catchments. In the second part, the 80 catchments of the Dordogne basin are studied by this program, for testing the analysis sensitiveness, the coherence of the computed data, and the explation power of the different hydrogeological systems revelated by this analysis. The hydraulic heads are roughly well correlated with the storavity volumes estimated by morphometric methods. New methods for changing infiltration rates are proposed in the third part

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Dupont, Patrick. "Évolution temporelle de la rétrodiffusion radar bande c, causée par l'humidité du sol et par les changements dans la morphologie du couvert." Mémoire, Université de Sherbrooke, 1990. http://hdl.handle.net/11143/11138.

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Abstract:

Résumé : Les résultats d'une étude expérimentale sur les possibilités d'utilisation des systèmes radar dans l'évolution temporelle de l'humidité du sol sont présentés. Une campagne de terrain a été conduite durant tout un cycle de croissance sur un couvert de blé. Les mesures ont été obtenues à l'aide d'un diffusomètre radar à 5.17 GHz, en polarisation HH, pour six angles d'incidence. Les données incluent deux directions d'illumination, l'une parallèle à l'orientation des rangs (13=0°) et l'autre perpendiculaire (13=90°). Des analyses de régression et une analyse graphique de l'évolution temporelle de a° ont démontré que la conversion des données radar en valeur d'humidité du sol devient difficile lorsque le taux d'humidité se situe en deça d'un certain seuil (-20%). Il a été démontré également que les changements dans la morphologie de la plante peuvent causer des variations extrêmes des valeurs de rétrodiffusion et présenter de ce fait une ambiguïté dans l'interprétation de l'humidité du sol. ||Abstract : The results of experimental studies on the use of radar to mesure the temporal evolution of soil moisture are presented. An experiment was conducted using the FM microwave scatterometer of the Canada Centre for Remote Sensing. The radar measurements were made during all growing season at 5.17 GHz, HH polarization, and at six incidence angles. Two row aspects of the wheat fields were included, one parallel to the furrows (13=0°) and the other perpendicular (13=90°). Regression analysis followed by graphic analysis of the temporal evolution of a° show that for a certain range of soil moisture the temporal evolution is ambiguous. This occurs when soil moisture is relatively low, resulting in saturation of the radar backscatter. A positive inversion of the curve is observed when soil humidity is lower than a certain threshold 20%). Moreover it is shown that temporal plant morphology variations can cause extreme variations in the values of the scattering coefficient

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Ouedraogo, François. "Etude des transferts d'eau à l'interface sol-atmosphère : cas d'un sol du Burkina Faso à faible teneur en eau." Montpellier 2, 2008. http://www.theses.fr/2008MON20235.

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Abstract:

Le transfert d'eau à l'interface sol-atmosphère est abordée par une approche de thermodynamique qui constitue un cadre général pour décrire à la fois l'état thermodynamique de l'eau dans le sol et les mécanismes de transfert mis en jeu: filtration de la phase liquide, diffusion de la vapeur d'eau, changement de phase liquide vapeur de l'eau. Une caractérisation expérimentale d'un sol a été réalisée puis complétée par des données bibliographiques. Des essais expérimentaux de transfert d'eau dans des colonnes du même sol, placées dans une atmosphère asséchante a permis d'établir la cinétique globale de perte d'eau ainsi que l'évolution des profils de teneur en eau au cours du temps. Une simulation numérique du transfert d'eau au voisinage de l'interface est proposée. Une étude de sensibilité au paramètres physiques du sol est présentée. Les résultats du modèle numérique sont ensuite confrontés aux essais de transfert sur colonnes. La correspondance est bonne moyennant un ajustement des paramètres hydrologiques issus de la littérature. L'évolution des flux d'eau liquide et de vapeur permettent de décrire les mécanismes au voisinage de l'interface dans le cas d'un sol à faible teneur en eau. On montre que le changement de phase qui assure la continuité des transferts entre le sol et l'atmosphère concerne quelques centimètres du sol sous cette interface
The transfer of water at the soil-atmosphere interface is addressed through a thermo dynamical approach which constitutes a general framework for describing both the thermodynamical status of the water in the soil and the transfer mechanisms at stake: liquid phase filtration, water vapor diffusion, liquid-vapor phase change. An experimental characterization of a soil has been carried out and completed with bibliographical data. Experimental tests of water transfer in columns of the same soil, placed in drying atmosphere enabled the establishment of the global kinetic of water loss and the evolution of the profiles of the water content through time. A numerical simulation of the water transfer in the neighborhood of the interface is proposed. A study about the sensitiveness to the physical parameters of the soil is presented. The results of the numerical model are then compared with the tests of the transfer on the columns. The correspondence is good on the basis of an adjustment of the hydrologic parameters as mentioned in the literature. Water and vapor fluxes evolutions in low water content soils allow the description of transfer mechanisms near the interface. It is shown that the phase change which ensures the continuity of the transfers between the soil and the atmosphere relates to a few centimeters of the soil under that interface

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Chauchois, Alexis. "Modèles d'ordres non entiers appliqués à la caractérisation thermique de milieux évolutifs par méthode inverse : cas d'un sol humide." Artois, 2002. http://www.theses.fr/2002ARTO0202.

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Abstract:

Le travail présenté propose de mesurer la teneur en eau in situ, en particulier dans les couches peu profondes qui sont rapidement évolutives. Cette mesure s'effectue par le biais d'une caractérisation thermique du système. L'étude est divisée en deux parties. La première est la détermination des paramètres thermiques d'un échantillon de sol en laboratoire par des méthodes classiques. Ces essais sont réalisés avec une teneur en eau que l'on fait varier par palier, dans le but d'étudier son influence sur les propriétés thermiques de l'échantillon. On établit alors une corrélation entre l'effusivité b qui caractérise le matériau et son humidité w. La seconde partie traite de la partie in situ des expérimentations. Elle fait appel à des techniques plus complexes. Du fait de l'évolution rapide du système étudié, nous avons eu recours à l'utilisation d'outils adaptés dans la théorie de traitement du signal : les modèles non entiers. Nous avons étudié trois types de sol différents : tout d'abord un sable, qui nous a servi de référence pour nos essais, puis nous avons étendu la méthode sur un sol argileux, et un sol argilo-sableux. Ce travail a débouché sur le suivi de la teneur en eau de ces sols, en fonction du temps et de la profondeur. Les résultats ont été validés par des essais gravimétriques
Work presented proposes to measure the water content of the in situ grounds. This study concerns the thermal characterisation of surface layers of the soil, and these changes rapidly with water content. This is divided into two parts. The first is the determination of the thermal parameters of a sample of ground in laboratory by traditional methods. These tests are carried out with a water content, from 0%, that must then be increased up to saturation with intermediate tests being performed to determine the changes in the thermal properties. A correlation curve is established, between the water content of the material and its thermal characteristics. The second part involves studying the soil in situ conditions. It calls upon more complex techniques. Because of the fast evolution of the studied system, a broad recourse is made to the methods of the signal theory, in particular : the use of noninteger models. We studied three different types of ground : at first, a sand, which was used to us as reference for our tests, then we extended the method on a ground of the argillaceous type, and a ground argilo-sandy. This work led to the monitoring of the evolution of the water content of these grounds, (according to time and depth). The results were validated by gravimetric tests

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Tran, Xuan Truong. "Estimation de l' état hybride des sols en Afrique de L'ouest par télédétection spatiale." Grenoble, 2010. http://www.theses.fr/2010GRENU027.

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Abstract:

Les travaux réalisés au cours de cette Thèse ont contribué à améliorer l'estimation de l'humidité de surface du sol et de l'humidité racinaire sur la bande sahélienne en Afrique de l'ouest. La première partie a été consacrée à évaluer la capacité de différents algorithmes d'estimations de l'humidité du sol basées sur des mesures satellites dans le domaine spectral de l'infrarouge thermique. Dans un deuxième temps, une méthode a été développée dans le but d'obtenir une cartographie de l'humidité du sol à une résolution temporelle fine « 3h) en se basant sur deux produits satellites: un produit satellite de précipitation et une cartographie journalière micro-onde sensible à l'humidité du sol. Dans un troisième temps, une évaluation de la fiabilité et de la robustesse de la méthodologie a été proposée. Enfin, une méthode semi-empirique a été utilisée afin de produire une cartographie de l'humidité de la zone racinaire (0-1 m) sur l'ensemble de la bande sahélienne. Les mesures de terrain obtenues sur trois sites situés au Mali, au Niger et au Bénin dans le cadre du programme AMMA ont servi de référence pour évaluer la qualité des estimations de l'humidité superficielle et racinaire à chaque étape de ce travail. Les résultats montrent qu'une estimation de l'humidité superficielle du sol est possible avec une précision de moins de 3 % vol. Sur la bande sahélienne. L'erreur est de l'ordre de 5% vol. Sur la zone soudanienne (Bénin). La précision est identique sur l'estimation de l'humidité racinaire. Enfin, la méthode développée permet parallèlement de corriger les produits satellites de précipitation et notamment la surestimation du cumul annuel et du nombre d'événements des trois produits satellites utilisés dans ce travail
The thesis works have contributed to improve the surface soi! moisture estimates and the root-zone soil moisture estimates on the Sahel band in West Africa. The first part was dedicated to assess the ability of different algorithms to estimate soi! moisture based on satellite measurements in thermal infrared spectrum. Ln the second part, a method was developed in order to obtain a soi! moisture mapping at high temporal resolution « 3h) based on two satellite products: a satellite-based rainfall product and dai!y passive microwave measurements sensitive to soi! moisture. Ln a third part, an assessment of the reliability and robustness of the methodology has been proposed. Finally, a semi-empirical method was used to produce root-zone soil moi sture maps (0-1 m) over the Sahel region. Ground-based soi! moisture measurements obtained at three sites in Mali, Niger and Benin during the AMMA pro gram were used to assess the quality of estimates of near-surface and root-zone soil moi sture at each stage of this work. The results show that an estimate of the surface soi! moisture is possible with an accuracy of less than 3% vol. Over the Sahel band. The error is about 5% vol. Over the Sudanian zone (Benin). The accuracy is identical for the root-zone soi! moi sture estimate. Finally, the developed method allows at the same time to correct satellite-based rainfall products and notably the overestimation of the annual accumulation and the number of rain events of the three rainfall satellite products used in this work

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Lesaignoux, Audrey. "Estimation de l'humidité de surface des sols nus à partir de l'imagerie hyperspectrale à haute résolution spatiale sur le domaine optique 0. 4 - 14 µm." Toulouse, ISAE, 2010. http://www.theses.fr/2010ESAE0023.

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Abstract:

L'humidité des sols nus (en anglais Soil Moisture Content, noté SMC) constitue une variable fondamentale dans plusieurs sciences de l'environnement. Pour mesurer le SMC, les données de télédétection, qui présentent de grandes couvertures spatiale et temporelle ainsi que des résolutions spatiales éleb=vées, offrent de multiples avantages par rapport aux méthodes in situ. Parmi les données de télédétection, l'imagerie hyperspectrale aéroportée procure une information très détaillée d'une scène, puisque chaque pixel du paysage observé possède une signature spectrale caractéristique. L'objectif de ce travail de thèse est donc d'estimer le SMC à partir de l'imagerie hyperspectrale aéroportée à haute résolution spatiale dans le domaine optique 0. 4 - 14 µm. Dans un premier temps, à partir de propriétés optiques de référence mesurées en laboratoire plusieurs critères d'estimation du SMC ont été établis, évalués et comparés sur le domaine optique. De plus, un modèle empirique de réflectance de sol a été développé afin de simuler la signature spectrale d'un sol pour un SMC donné. Ce modèle est inversé pour estimer le contenu en eau à partir des réflectances spectrales. Ensuite, une chaîne de traitement a été développée afin d'estimer le contenu en eau des sols à partir d'acquisitions hyperspectrales aéroportées. Une analyse de sensibilité et des performances de la chaîne de traitement, prenant en compte des défauts d'étalonnage instrumentaux, de la connaissance des conditions atmosphériques, de la méthode de correction atmosphérique et des approches d'estimation du SMC à partir de la réflectance de surface, a été réalisée. Finalement, les critères du SMC établis pour le domaine 0. 4 - 2. 5 µm ont été validés en exploitant une campagne avec information terrain sur le site de Garons (France) avec l'instrument aéroporté HyMap. Les résultats montrent que le SMC est estimé avec une précision équivalente à celle des méthodes existantes dans la littérature.

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Ta, An-Ninh. "Etude de l'interaction sol-atmosphère en chambre environnementale." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00517746.

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Abstract:

Une chambre environnementale a été développée pour étudier le comportement de l'interface sol-atmosphère durant l'infiltration et l'évaporation. Un volume d'environ un mètre cube d'argile verte de Romainville a été mis en place par compactage. Près de cent capteurs ont été utilisés pour assurer un suivi très large des paramètres du sol (succion, teneur en eau, température, gonflement à la surface) et de l'air (vitesse du vent, humidité relative, température). La température à la surface ainsi que la fissuration due au séchage ont été également suivies. Les mesures pendant la première phase d'humidification ont permis la détermination de la conductivité hydraulique en fonction de la succion et de la courbe de rétention d'eau du sol. La deuxième phase comporte quatre essais de séchage dont deux pour l'évaluation du taux d'évaporation potentiel PE et deux autres pour la détermination du rapport du taux d'évaporation réel AE au taux d'évaporation potentiel PE. Les résultats obtenus ont permis l'élaboration d'une nouvelle approche de calcul de PE, et le développement d'une nouvelle approche de calcul de AE en tenant compte de la fissuration en surface du sol.

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Beauregard, Vincent. "Apport de la polarimétrie radar en bande C pour l’estimation de l’humidité du sol en zone agricole." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2017. http://hdl.handle.net/11143/10611.

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Abstract:

La télédétection possède plusieurs applications potentielles pour le suivi de l’humidité de surface du sol (0 à 5 cm de profondeur). Un suivi de l’humidité du sol à période régulière permettrait de nombreuses applications en hydrologie, climatologie, suivi d’événements météorologiques et agriculture de précision. Le signal radar à synthèse d’ouverture (RSO) en bande C tel que celui de RADARSAT-2 est sensible aux variations des paramètres du sol et de la végétation selon certaines conditions. L’inversion de modèles de rétrodiffusion linéaire a permis l’estimation de l’humidité du sol en zone agricole, mais pour des domaines de validité très restreints. Diverses missions satellitaires en cours ou futures permettent l’acquisition d’images radars polarimétriques. Les variables cohérentes déduites de ces images permettent de mieux décrire les cibles observées et elles ont permis l’estimation de l’humidité du sol pour un sol nu. Toutefois, le potentiel d’utilisation de la polarimétrie pour des cibles couvertes de végétation est encore mal connu. L’objectif de ce projet est d’évaluer le potentiel de la polarimétrie pour l’inversion de l’humidité du sol en zone agricole à partir d’images RSO en bande C. La campagne SMAPVEX12 menée à l’été 2012 au Manitoba a permis l’acquisition simultanée d’images polarimétriques RADARSAT-2, ainsi que des conditions du sol et de la végétation pour des champs de blé. La rétrodiffusion radar, en polarisation linéaire ou circulaire, est très sensible à l’humidité du sol avant l’épiaison du blé. Après, la végétation domine le signal. La calibration du modèle semi-empirique des canaux linéaires de rétrodiffusion, développé par Gherboudj et al. (2011) n’a pu correctement représenter les relations de la rétrodiffusion avec les caractéristiques agricoles observées. L’information de phase conservée par le capteur de RADARSAT-2 permet l’extraction de variables polarimétriques telles que la différence de phase HH-VV et la hauteur de socle, l’anisotropie A et l’entropie H issues de la décomposition de Cloude-Pottier dont la sensibilité à l’humidité du sol sera étudiée. Des modèles empiriques simples, calibrés par régression linéaire multiple de termes utilisant de 2 à 6 variables polarimétriques, ont été développés et ont permis d’estimer l’humidité du sol sur 5 champs de blé pour toute leur période de croissance avec une erreur RMSD de 0,074 m³/m³ en expliquant plus de 53.5% (R2) de la variance des valeurs d’humidité du sol observées, contre une erreur de 0.098 m³/m³ et une variance expliquée de 19.0% pour un modèle empirique basé que sur les variables incohérentes.
Abstract: Remote sensing has been widely researched toward estimation of soil conditions over agricultural fields. Monitoring of surface soil moisture mv would benefit many applications in hydrology, climatology, precision agriculture and risk reduction applied to meteorological events. C-band synthetic aperture radar (SAR) signal’s, such as that of RADARSAT-2, is sensitive to soil and vegetation characteristics. Backscattering coefficients obtained from those sensors allowed the estimation of mv by inverting empirical or semi-empirical models, under very strict conditions that limit their applicability. Many on-going or future missions provides polarimetric SAR images. However, the potential of polarimetric SAR sensors operated in c-band is not yet fully understood for soil moisture estimation over vegetated fields. This paper study the effects of soil and vegetation characteristics on polarimetric RADARSAT-2 images and proposes a simple empirical model based on polarimetric parameters extracted from RADARSAT-2 imagery to retrieve surface soil moisture (0-5 cm) over agricultural fields. The data used in this study was obtained during the SMAPVEX12 campaign, which occurred on the summer of 2012 between june 6th and july 17th in Manitoba, Canada. Fully polarimetric RADARSAT-2 images were acquired over 13 wheat fields over their whole growth cycle while their soil and vegetation conditions were monitored. Linear backscattering showed significant correlations for all polarizations before crops flowering. Sensitivity analysis of the extracted polarimetric variables to soil moisture demonstrated distinct correlations before and after the beginning of the crops flowering stage. The calibrated semi-empirical model proposed by Gherboudj et al. (2011) showed poor representation of the observed relationships between linear backscattering channels and crop conditions. The phase information, obtained by the RADARSAT-2 sensor, allowed extraction of polarimetric variables. Among those, phase difference HH-VV, the pedestal height and both the anisotropy H and entropy H obtained from Cloude-Pottier decomposition, showed significant correlations to soil moisture. A simple empirical model, calibrated with multiple linear regression from 2 to 6 polarimetric variables, allowed to retrieve soil moisture with a RMSD of 0,074 m³/m³ while it explained more than de 53.5% (R2) of observed soil moisture variability, while a simple linear model based only on incoherent variables could only estimate soil moisture with a RMSD of 0.098 m³/m³ and a R2 value of 19.0%.

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Pardé, Mickaël. "Contribution à la méthodologie d'estimation de l'humidité du sol à partir de données micro-ondes passives en bande L." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00152566.

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Abstract:

Un des objectifs de la future mission SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) est de cartographier l'humidité de la surface du sol sur l'ensemble des continents. Les technologies récentes (interférométrie par synthèse d'ouverture) permettent de mesurer l'émission micro-onde de la surface à 1.41 GHz, pour différents angles de visée simultanément et pour les deux polarisations ; cette émission dépend principalement de la quantité d'eau présente dans les 3 à 5 premiers centimètres du sol. Cependant, la présence de végétation atténue l'émission du sol et ajoute sa propre contribution, il est donc nécessaire de séparer ces deux contributions afin d'estimer l'humidité de la surface.
L'émission d'un couvert végétal dans les micro-ondes est estimée par le modèle de transfert radiatif tau-omega ; de plus, l'inversion de ce modèle par régression non linéaire permet d'estimer les variables inconnues du modèle : humidité et paramètres de végétation (épaisseur optique et albédo de simple diffusion). L'objectif de cette thèse est d'améliorer les méthodes d'inversion du modèle en utilisant la configuration originale de visée de SMOS : observations multi-angulaires et en bi-polarisation.
Cette étude est basée sur des campagnes expérimentales sur différentes cultures : maïs, blé, luzerne, herbe, soja et sorgho. Dans un premier temps, nous avons évalué les paramètres micro-ondes de végétation en fonction du temps, de l'angle et de la polarisation, pour chacun de ces couverts. Cette étude nous permet de poser les hypothèses simplificatrices qui permettront d'estimer l'humidité du sol. Ensuite, nous avons testé l'inversion du modèle tau-omega sur l'ensemble des couverts simultanément. Différentes configurations d'inversion ont été comparées afin de prescrire une stratégie adéquate pour estimer l'humidité sous un couvert agricole quelconque selon les informations a priori disponibles. Nous montrons ainsi qu'il est possible d'estimer l'humidité du sol avec une précision relativement bonne (RMSE= 0.047 m3/m3) avec peu d'informations sur le type de sol et sur le type de couvert.

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Quesada, Benjamin. "Extrêmes de températures en Europe : caractéristiques, retroactions, sol atmosphère et prévisibilité." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2014. http://www.theses.fr/2014VERS0002.

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Abstract:

Les événements extrêmes de température impactent largement les systèmes socio-économiques et environnementaux. En combinant analyses statistiques et expériences de modélisation en Europe, je montre qu'en hiver, les modèles globaux de climat simulent les vagues de froid et les variables climatiques associées. Ils surestiment cependant en moyenne d'environ 40% leur nombre. Une bonne représentation de la couverture neigeuse et de la rétroaction entre neige et atmosphère permettent de réduire ce biais dans les modèles. En été, ils simulent également les vagues de chaleur mais tendent à sous-estimer des mécanismes associés. La rétroaction entre humidité du sol et atmosphère explique la prévisibilité asymétrique des vagues de chaleur : des précipitations printanières élevées en Europe du Sud participent à leur inhibition alors qu’en cas de déficit, une vague de chaleur peut se développer ou non. Cette prévisibilité est susceptible de diminuer dans le futur à mesure que les sols s’assèchent
Extreme temperature events largely impact socio-economic and environmental systems. Combining statistical analyses and modelling experiments in Europe, I show that in winter, global climate models simulate cold waves and associated climate variables. However, they overestimate their number by about 40%. A correct representation of snow cover and of the snow/atmosphere feedback reduces this bias in the models. In summer, they also simulate heat waves but tend to underestimate some linked physical mechanisms. Soil-moisture/atmosphere feedback explains the asymmetric predictability of heat waves: while high spring precipitation in Southern Europe contribute to their inhibition, in case of deficit, heat waves can develop or no. As soils become drier, this seasonal predictability is likely to be reduced in the future

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Bexi, Warsama dris. "Nouvel instrument de mesure de la permittivité complexe des sols : sonde HYMENET." Paris, Institut de physique du globe, 2011. http://www.theses.fr/2011GLOB0016.

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Abstract:

Le cadre général de cette thèse est l’estimation de l’humidité du sol dans la zone non saturée par la mesure de la permittivité complexe. Le travail repose sur la validation d’un nouveau capteur HYMENET, et sur l’étude des propriétés diélectriques des sols. Le dispositif HYMENET est validé avec des milieux de référence dans une large gamme de permittivité (1-80) et de conductivité (0. 1-103 mS. M−1 ) entre [1-20] MHz en tant que permittivimètre. Six capteurs électromagnétiques : trois capacitif (HYMENET, ENVIROSCAN et HMS900) et trois propagatif (TDR, sonde quart d’onde et cavité résonante) mesurent la permittivité diélectrique des sols. Le protocole expérimental spécifique mis en point a permis de faire varier par type de sable trois niveaux de conductivité et pour chaque conductivité, cinq teneurs en eau parfaitement contrôlées. Les sols réalisés sont classés en milieu non relaxant et non conducteur (NR-NC), non relaxant et conducteur (NR-C), relaxant et non conducteur (R-NC) et relaxant et conducteur (R-C) en fonction de la teneur en eau, de la teneur en argile et le niveau de conductivité des solutions ajoutées. Les résultats obtenus dans ces milieux montrent pour les deux familles de capteurs que les permittivités diélectriques sont proches dans les sables secs mais que la dispersion de celles-ci croît avec la teneur en eau volumique. Les écarts relatifs des permittivités au modèle de CRIM utilisé comme référence sont de 20% au maximum pour les deux familles de capteurs. Pourtant les incertitudes de mesure propres aux capteurs sont inférieures ou égale à 10% et tiennent compte de l’hétérogénéité spatiale de la teneur en eau dans les milieux. Cette dispersion a deux origines : le mode opératoire et le type de mesurede chaque capteur (volume scruté, fréquence de fonctionnement. . . )
The general framework of this thesis is the estimation of soil moisture in the vadoze zone by measuring the complex permittivity. The work is based on the validation of a new sensor HYMENET, and the study of the dielectric properties of soils. HYMENET is based on the measurement of the admittance of the probe imbedded in the soil in a wide range of permittivity (1-80) and conductivity (0. 1-103 mS. M−1 ) between [1-20]MHz. During the calibration with electronic componenents and validation with standard liquids, all the potential errors are discussed. For tests in controlled soils, six electromagnetic methods are selected to measure the dielectric permittivity : three capacitive sensors (HYMENET, ENVIROSCAN and HMS900) and three propagative (TDR, a quarter-wave, resonant cavity). Four sands are chosen from pure quartz to a sand with 5% clay. A specific protocol is implemented in order to perform for each sand three levels of conductivity of solution and for each conductivity, five moisture contents perfectly controlled. The soils are classified nonrelaxing/relaxing and/or conducting/nonconducting depending on clay content and the level of conductivity of aqueous solutions added. The results obtained in the four media show for two familly of sensors that the dispersion of permittivity is low in the dry sands, but this increases with the volumetric water content. The relative differences permittivities against the model of CRIM, used as standard, are 20 % maximum for the two families of sensors. However the specific uncertainties of each sensor are less than or equal to 10 %. These include the spatial heterogeneity of water content in the media. This dispersion has two origins : the sensivity of the procedure depending on the sensor and the characteristics of each sensor (volume scanned of soil, operating frequency. . . )

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Desbiens, Guillaume. "Estimation de l'humidité du sol à l'aide d'images RADARSAT-2 et de réseaux de neurones : application aux bassins versants Trent et Severn, Ontario." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2017. http://hdl.handle.net/11143/10526.

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Abstract:

L’humidité du sol joue un rôle important dans le partitionnement de l’eau entre l’infiltration et le ruissellement de surface, qui influence directement les débits en rivière et les niveaux des réservoirs. La connaissance de la distribution spatiale de l’humidité du sol permet donc d’optimiser les différents usages de la ressource en eau en périodes sèches et d’aider la prévision et la gestion d’inondations lors de fortes pluies. La grande variabilité spatiale de l’humidité du sol rend toutefois difficile l’utilisation de capteurs in situ pour en faire le suivi sur de grands territoires tels que les bassins versants. La télédétection peut apporter une valeur ajoutée de par son potentiel pour estimer l’humidité du sol à l’échelle du bassin versant. Le présent projet porte sur l’estimation de l’humidité du sol dans les bassins versants Trent et Severn en Ontario qui possèdent une superficie combinée de 18 360 km². L’approche adoptée est basée sur les réseaux de neurones artificiels (RNA). Deux approches ont été évaluées. La première, l’approche polarisation simple et double utilise uniquement des données radar acquises en polarisation HH ou HV. La seconde approche, soit l’approche polarimétrique, utilise des données en polarisation HH, HV et VV en plus de paramètres polarimétriques. Au total, 37 images RADARSAT-2 ont été acquises en différentes polarisations et résolutions spatiales entre les mois de mai 2012 et août 2013. En plus des coefficients de rétrodiffusion radar, des données de pente, de texture du sol et de végétation ainsi que des paramètres obtenus suite à une décomposition polarimétrique de la cible ont été utilisés comme intrants aux RNA. Des cartes d’humidité du sol moyenne et d’incertitude, représentant, dans l’ordre, la moyenne et l’écart-type des estimations faites par les 30 RNA sélectionnés, ont été produites. Les performances et les cartes obtenues ont été analysées afin de déterminer l’approche la plus avantageuse pour cartographier l’humidité du sol à l’échelle du bassin versant. Ce projet de recherche a illustré le potentiel, mais aussi les enjeux, liés à l’estimation de l’humidité du sol à l’échelle du bassin. Il a été démontré que, dans un contexte opérationnel, l’approche polarisation simple et double est la plus avantageuse. Les cartes d’humidité produites avec l’approche polarimétrique, plus coûteuses, n’ont pas montré d’améliorations statistiquement significatives par rapport à l’approche polarisation simple et double. De tous les RNA testés, celui offrant la meilleure performance utilise l’angle d’incidence et les coefficients de rétrodiffusion radar HH et HV comme données d’entraînement. Il a aussi été démontré que l’incertitude sur l’estimation de l’humidité du sol est étroitement liée aux données d’entraînement. Le recours à des variables statiques dans le temps, comme la texture du sol, a affecté négativement et de manière importante les cartes d’humidité du sol, et ce, malgré de bonnes performances selon des critères statistiques comme le coefficient de Pearson et l’erreur quadratique moyenne. L’analyse visuelle des cartes d’humidité du sol demeure donc un moyen privilégié pour évaluer la performance des RNA. Des pistes de recherche sont suggérées en vue d’améliorer la performance des RNA. Une première avenue serait le recours à une plus grande quantité de données pour leur entraînement, qui pourraient être générées à partir de modèles de rétrodiffusion à base physique. On pourrait également corriger les coefficients de rétrodiffusion pour diminuer l’influence de la végétation sur le signal rétrodiffusé avant l’entraînement des réseaux.

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Al-Yaari, Amen Mohammed. "Global-scale evaluation of a hydrological variable measured from space : SMOS satellite remote sensing soil moisture products." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066678/document.

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Abstract:

L'humidité du sol (SM) contrôle les bilans d’eau et d’énergie des surfaces continentales et joue ainsi un rôle clé dans les domaines de la météorologie, l'hydrologie et l'écologie. La communauté scientifique en télédétection micro-ondes a fait des efforts considérables pour établir des bases de données globales de l’humidité du sol en surface (SSM) découlant d'instruments micro-ondes actifs et passifs. Parmi ces instruments, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), lancé en 2009, est le premier satellite passif conçu spécifiquement pour mesurer SSM à partir d’observations en bande L (1.4 GHz) à l'échelle globale. La validation des données SMOS SSM sur différentes régions climatiques et pour des conditions environnementales variées est une étape indispensable avant qu’elles soient utilisées de manière opérationnelle. En effet, une meilleure connaissance de la précision des estimations de SSM et des incertitudes associées permettra non seulement d'améliorer les produits SMOS SSM, mais aussi d'optimiser les approches de fusion de données utilisées pour créer des produits multi-capteurs long terme. De tels produits sont développés dans le cadre du programme Climate Change Initiative (CCI) de l'Agence spatiale européenne (ESA) pour l’ensemble des variables climatiques essentielles (ECV), dont SSM. A la suite des chapitres d'introduction I à III, les résultats de cette thèse sont présentés en trois chapitres. Le chapitre IV présente une comparaison des produits SSM issus des capteurs passifs SMOS (bande L) et AMSR-E (bande C) en prenant pour référence les estimations SSM du système d'assimilation SM-DAS-2 du Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme (CEPMMT). Cette évaluation est menée sur la période d’observation commune à SMOS et AMSR-E (2010- 2011), en utilisant des indicateurs classiques (corrélation, RMSD, Biais). En parallèle, le chapitre V présente une comparaison des produits SMOS SSM avec les produits SSM issus du capteur actif ASCAT en bande C en utilisant comme référence les simulations SSM d’un modèle des surfaces continentales (MERRA-Land), et en utilisant des indicateurs classiques, des méthodes statistiques avancées (triple collocation), et des diagrammes de Hovmöller sur la période 2010-2012. Ces deux évaluations ont montré que la densité de la végétation (paramétrée ici par l’indice foliaire LAI) est un facteur clé pour interpréter la cohérence entre le produit SMOS et les produits AMSR-E et ASCAT. Cet effet de la végétation a été quantifié pour la première fois à l’échelle globale pour les trois capteurs micro-ondes. Ces deux chapitres ont également montré que les trois capteurs SMOS, AMSR-E et ASCAT ont des performances complémentaires selon la densité de végétation et qu’il y a ainsi un potentiel intéressant en terme de fusion des jeux de données micro-ondes passifs et actifs. Dans le chapitre VI, avec l’objectif général d’étendre vers le passé les séries de données SSM de SMOSL3 et de développer un jeu de données SSM homogène sur 2003-2014, nous avons évalué l’utilisation d’une approche de régression linéaire multiple appliquée aux mesures de températures de brillance de AMSR-E (2003 - 2011). Les coefficients de régression ont été calibrés avec les produits SSM issus de SMOS sur 2010-2011. Le produit SSM résultant, qui fusionne les observations SMOS et AMSR-E, a été évalué par comparaison avec un produit SSM AMSR-E et les produits SSM MERRA-Land sur 2007-2009. Ces résultats préliminaires montrent que la méthode de régression linéaire est une approche simple et robuste pour construire un produit SSM réaliste en termes de variations temporelles et de valeurs absolues. En conclusion, cette thèse a montré que le potentiel de synergie entre les systèmes micro-ondes passifs (AMSR-E et SMOS) et actifs (ASCAT) est très prometteur pour le développement et l'amélioration de longues séries temporelles SSM à l'échelle mondiale, telles que celles produites dans le cadre du programme CCI de l'ESA
Soil moisture (SM) plays a key role in meteorology, hydrology, and ecology as it controls the evolution of various hydrological and energy balance processes. The community of scientists involved in the field of microwave remote sensing has made considerable efforts to build accurate estimates of surface SM (SSM), and global SSM datasets derived from active and passive microwave instruments have recently become available. Among them, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), launched in 2009, was the first ever passive satellite specifically designed to measure the SSM, at L-band (1.4 GHz), at the global scale. Validation of the SMOS SSM datasets over different climatic regions and environmental conditions is extremely important and a necessary step before they can be used. A better knowledge of the skill and uncertainties of the SSM retrievals will help not only to improve the individual products, but also to optimize the fusion schemes required to create long-term multi-sensor products, like the essential climate variable (ECV) SSM product generated within the European Space Agency’s (ESA's) Climate Change Initiative (CCI) program. After the introductory Chapters I to III, this dissertation consists of three main parts. Chap. IV of the dissertation evaluates the passive SMOS level 3 (SMOSL3) SSM products at L-band against the passive AMSR-E SSM at C-band by comparing them with a Land Data Assimilation System estimates (SM-DAS-2) produced by the European Centre for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF). This was achieved over the common period 2010-2011 between SMOS and AMSR-E, using classical metrics (Correlation, RMSD, and Bias). In parallel, Chap. V of the dissertation evaluates the passive SMOSL3 products against the active ASCAT SSM at C-band by comparing them with land surface model simulations (MERRA-Land) using classical metrics, advanced statistical methods (triple collocation), and the Hovmöller diagram over the period 2010-2012. These two evaluations indicated that vegetation density (parameterized here by the leaf area index LAI) is a key factor to interpret the consistency between SMOS and the other remotely sensed products. This effect of the vegetation has been quantified for the first time at the global scale for the three microwave sensors. These two chapters also showed that both SMOS and ASCAT (AMSR-E) had complementary performances and, thus, have a potential for datasets fusion into long-term SSM records. In Chap. VI of the dissertation, with the general purpose to extend back the SMOSL3 SSM time series and to produce an homogeneous SM product over 2003-2014 based on SMOS and AMSR-E, we investigated the use of a multiple linear regression model based on bi-polarization (horizontal and vertical) brightness temperatures (TB) observations obtained from AMSR-E (2003 - 2011). The regression coefficients were calibrated using SMOSL3 SSM as a reference over the 2010-2011 period. The resulting merged SSM dataset was evaluated against an AMSR-E SSM retrievals and modelled SSM products (MERRA-Land) over 2007-2009. These first results show that the multi-linear regression method is a robust and simple approach to produce a realistic SSM product in terms of temporal variation and absolute values. In conclusion, this PhD showed that the potential synergy between the passive (AMSR-E and SMOS) and active (ASCAT) microwave systems at global scale is very promising for the development of improved, long-term SSM time series at global scale, such as those pursued by the ESA’s CCI program. It also provides new ideas on the way to merge the different SSM datasets with the aim of producing the CCI (phase 2) long-term series (a coherent "SMOS-AMSR-E" SSM time series for the period 2003 -2014), that will be evaluated further in the framework of on-going ESA projects

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Barella, Ortiz Anais. "Analysis and modelling of soil moisture and evaporation processes, implications for climate change." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066115/document.

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Abstract:

Cette thèse étudie l'évaporation et l'humidité du sol, deux paramètres clefs du cycle hydrologique et du système climatique.L'évaporation potentielle (ETP) est un paramètre clef pour les modèles hydrologiques et agronomiques qui décrit les interactions entre la surface et l'atmosphère. Il constitue la base des estimations de l'évaporation réelle. Nous avons évalué, à l'échelle globale et pour le climat actuel ainsi que pour les changements attendus, des estimations de l'ETP basées sur des principes physiques ainsi que des approches empiriques. La méthode d'estimation du flux potentiel conseillée par la Food and Agriculture Organization (FAO) montre une sous évaluation par rapport au schéma de surface, ce qui a pu être relié à certaines hypothèses faites. Ceci implique aussi une sensibilité plus faible au changement climatique de la formulation proposée par la FAO. Nous avons aussi constaté que les méthodes empiriques ne représentent pas correctement l'impact du changement climatique sur l'ETP.L'humidité du sol est analysée du point de vue de la température de brillance en Bande-L (TB). Cette mesure du rayonnement émis par la surface dans une bande spectrale sensible à l'eau dans les premiers centimètres du sol, constitue une des pistes pour l'estimation de l'humidité de surface depuis l'espace. Des mesures de TB ont été comparées, au dessus de la Péninsule Ibérique, à des données simulées par deux schémas de surface. Un bon accord a été trouvé entre les observations et les simulations sur l'évolution temporelle des signaux. Par contre, les structures spatiales peuvent être très différentes au cours de l'automne et l'hiver à cause de cycles annuels très contrastés
This thesis deals with the study of evaporation and soil moisture, t wo main parameters of the hydrological cycle, and thus the climate system. First, potential evaporation (ET P ) is analysed. It is an important input to hydrological and agronomic models, key to describe the interactions between the surface e and the atmosphere, and the basis of most of the estimations of actual evapora tion. Physically-based and empirical methods to estimate ET P are evaluated, at a global scale, under current climate conditions and in a changing climate. The former methods correspond to those implemented in land surface models (LSM) and the Food and Agriculture Organization (F AO) reference evapotranspiration equation. The assumptions made in FAO's method underest imate ET P if compared to LSM methods. They also result in a lower sensitive ty of ET P to climate change. In addition, empirical equations are not able to reproduce the impact of climate change on ET P if compared to that from LSM methods. Soil moisture is the second aim of this thesis. It is treated t hrough the analysis of brightness temperatures (TB). These are a measure of the radiation emitted by the surface , and thus an optimum parameter to use in remote sensing techniques for soi l moisture retrieval. Measured TB from the Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) mission are compared, over the Iberian Peninsula, to two sets of TB modelled estimates from two LSM. There is a good agreement in the temporal evolution between them. However, discrepancy es are found regarding the spatial structures, which become more evident during fall and winter and are mainly explained by differences in the annual cycle of measured and modelled TB

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Alshihabi, Omran. "Étude en laboratoire du comportement d'un sol compacté non saturé : influence des cycles de séchage-humidification." Lille 1, 2002. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2002/50376-2002-167-168.pdf.

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Abstract:

Le travail de thèse porte sur une étude expérimentale du comportement d'un sol compacté partiellement saturé. Il s'intéresse également sur l'effet des cycles séchage - humidification sur ce comportement. L'étude a été réalisée à l'aide des œdomètres et des cellules triaxiales qui permettent de contrôler la succion. Ce travail comporte quatre parties. La première concerne une étude bibliographique des travaux réalisés sur les sols compactés et le comportement du sol non saturé. On présente aussi les travaux réalisés sur les sols non saturés, l'effet de la succion sur la compressibilité et la courbe de résistance et l'effet des cycles de séchage -humidification sur le potentiel de gonflement. Cette partie s'achève par une revue des différents modèles développés pour le sol non saturé. La seconde est consacrée à la déscription du sol étudié. Aprés la présentation des caractéristiques mécaniques et intrinsèques de ce matériau, on présente la méthode de préparation et une analyse de l'homogénéité des échantillons étudiés. La troisième partie présente les résultats d'une étude réalisée à l'œdomètre à succion contrôlée. L'effet des cycles de séchage - humidification sur la courbe de compressibilité est étudié. Les paramètres de BBM modèle sont estimés et utilisés pour tester le modèle sur des essais avec ou sans cycle. Enfin, dans cette dernière partie, une étude à l'appareil triaxial est présentée. Cette partie traite deux aspects, le premier sur l'effet de la succion sur la courbe de résistance et le deuxième étudie l'effet des cycles de séchage - humidification sur le comportement du sol à l'état saturé au cours du cisaillement.

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Chkir, Najiba. "Mise au point d'un modèle hydrologique conceptuel intégrant l'état hydrique du sol dans la modélisation pluie-débit." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1994. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00520737.

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Abstract:

L'importance de i'état initial des bassins versants, et surtout de l'état hydrique du sol, dans la formation des débits est reconnue depuis longtemps. La connaissance précise de cet état hydrique et de sa prise en compte dans la modélisation Pluie-Débit reste cependant un des problèmes actuels de l'hydrologie. Aux mesures in situ, trop ponctuelles et difficilement généralisables. viennent s'ajouter de nouvelles techniques de télédétection pouvant fournir une information "tout temps" et spatialisée de l'état de surface des bassins versants. L'objectif de cette thèse est de mettre au point un modèle hydrologique conceptuel Pluie-Débit, capable de prendre en compte l'état hydrique des sols. Deux outils de base ont été utilisés : - Le modèle conceptuel GR3J (puis GR4J) pour la simulation des débits. - Le modèle physique bi-couches inspiré du "Schéma de De ardorjf pour le suivi de l'humidité des deux couches de sol, superficielle et racinaire. De nombreux schémas de couplage ont été testés en s'appuyant sur les données du BVRE de l'Orgeval, où existent des séries de données de pluie, de débit et d'humidité du sol. Le modèle retenu, "GRHUM", a une fonction de production dérivée du schéma de Deardorff et a conservé la fonction de transfert de GR4J. C'est un modèle à six paramètres, simulant les débits journaliers et l'humidité de deux couches de sol. Le modèle a été validé sur le BVRE de Naizin et sur 35 autres bassins versants situés en Bretagne. Les résultats obtenus montrent les bonnes aptitudes du modèle à simuler ¡es débits et l'humidité de la couche de sol racmaire. La prise en compte de l'occupation réelle du sol. à partir de cartes de cultures et accessible par télédétection, améliore la simulation des humidités de surface. Le fonctionnement de ce modèle peut être réalisé en deux modes : "simulation " lorsque les données d'humidité du sol ne sont pas disponibles et "assimilation" lorsque ces données sont présentes. Le modèle "GRHUM" ouvre des perspectives nouvelles pour l'utilisation de l'état hydrique du sol détermine à partir de données satellitaires (radar. IRT") dans la prévision des débits.

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Stefan, Vivien. "Modélisation mixte et télédétection multi-résolution de l'évaporation du sol." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30330/document.

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Abstract:

L'évapotranspiration (ET) et ses deux composantes, l'évaporation du sol et la transpiration des plantes, jouent un rôle crucial dans le cycle hydrologique, en particulier dans les régions semi-arides. Le suivi de l'évaporation du sol à des échelles multiples est particulièrement intéressant pour une multitude d'applications agronomiques, hydrologiques, météorologiques et climatiques, pour lesquelles la télédétection a un grand potentiel via deux observables clés liées à l'évaporation: la température de surface (Land Surface Temperature - LST) et l'humidité du sol en surface (Soil Moisture - SM). Cette thèse avait pour but d'améliorer la représentation spatio-temporelle de l'évaporation du sol, par une modélisation multi-échelle capable d'utiliser la synergie des données de télédétection disponibles. Une nouvelle méthodologie a été développée afin d'estimer l'efficacité évaporative du sol ou SEE (Soil Evaporative Efficiency, définie comme le rapport entre l'évaporation du sol réelle et celle potentielle), avec une résolution comprise entre 100 m et 40 km. Elle combine l'humidité du sol dérivée à 40 km de résolution des données micro-ondes, la température de surface, le couvert végétal et l'albédo de surface issues des capteurs optiques avec une résolution spatiale variant de 100 m and 1 km, et des données météorologiques. Cette approche a été testée sur des zones irriguées semi-arides au Maroc, au Mexique et en Espagne. Dans une première étape, un modèle du bilan d'énergie du sol (EBsoil) a été proposé pour estimer les limites humide/sèche d'un modèle de l'ET basé sur la LST. Les sorties du modèle EBsoil ont été validées avec des mesures in situ de la température du sol réalisées au Maroc. Les estimations de l'ET obtenues soit uniquement à partir des données de télédétection, soit en utilisant EBsoil, ont ensuite été comparées avec une ET de référence sur le site mexicain pour des résolutions de 100 m et 1 km. Les résultats ont montré que l'intégration de EBsoil améliore les estimations de l'ET à la résolution de 1 km. L'étape suivante s'est concentrée sur la dynamique temporelle de la SEE, en utilisant la technique de la modélisation globale. Cette approche a été utilisée jusqu'à présent pour un petit nombre de contextes environnementaux, avec encore moins de modèles obtenus qui sont en mesure de reproduire la dynamique d'origine. Pour la première fois, un modèle chaotique de dimension quatre a été obtenu pour le cycle journalier de la SEE, capable de reproduire la dynamique de la variable avec une bonne approximation dans l'espace des phases. Dans une dernière étape, les deux approches de télédétection utilisées pour calculer la SEE - en fonction de la LST ou de la SM - ont été combinées dans un algorithme de désagrégation (DISPATCH) des données SM SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity). EBsoil a été intégré dans DISPATCH et un nouvel algorithme a été développé: DISPATCH-E. Une évaluation indirecte de l'approche de modélisation de la SEE a été implémentée sur le site espagnol en comparant la SM DISPATCH-E aux mesures in situ. L'intégration de EBsoil améliore significativement la SM désagrégée à 1 km de résolution. De plus, elle fournit des points de référence pour l'étalonnage des modèles multi-résolution de la SEE, ainsi qu'une évaluation indépendante de l'incertitude des données de télédétection
Evapotranspiration (ET) and its two main components, soil evaporation and plant transpiration, play a crucial role in the hydrological cycle, especially over semi-arid regions. Monitoring soil evaporation at multiple scales is especially relevant to a multitude of agronomic, hydrologic, meteorological and climatic applications, where remote sensing-based approaches have great potential via two evaporation-related observable variables: the land surface temperature (LST) and the surface soil moisture (SM). The aim of this PhD was to try and improve the spatio-temporal representation of soil evaporation by developing a multi-scale modeling approach that makes use of the synergy between readily available remote sensing data. A new methodology was developed to estimate the soil evaporative efficiency or SEE (ratio of actual to potential soil evaporation) at 100 m to 40 km resolution by combining 40 km resolution microwave-derived SM, 100 m to 1 km resolution thermal-derived LST, 100 m to 1 km resolution reflectance-derived vegetation cover/surface albedo and available meteorological data. The approach was tested over three different semi-arid irrigated areas in Morocco, Mexico and Spain. In a first step, a soil energy balance model (EBsoil) was proposed to improve the determination of the dry/wet boundaries of a LST-based ET model. EBsoil outputs were validated against in situ measurements of dry/wet soil temperatures over the Moroccan site. ET estimates were subsequently derived either from remote sensing data solely or by using EBsoil and intercompared at 100 m and 1 km resolutions with a reference ET over the Mexican site. Results showed that integrating EBsoil improves ET estimates at a medium (1 km) resolution. The next step consisted in looking into the temporal dynamics of SEE, using the global modeling technique, approach used for a very small number of environmental contexts, with even fewer models obtained that are able to reproduce the original dynamics. For the first time ever, a four dimensional chaotic model was obtained for the daily cycle of SEE, able to reproduce the dynamics of the variable with a good approximation in the phase domain. In a final step, the two remote sensing approaches used in deriving SEE - as a function of LST or SM - were combined within a disaggregation algorithm (DISPATCH) of SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) SM data. EBsoil was integrated in DISPATCH and a new algorithm was developed: DISPATCH-E. An indirect validation of the SEE modeling approach was performed by assessing DISPATCH-E's results in terms of 1 km resolution SM estimates over the Spanish site. Implementing EBsoil significantly improves the downscaled SM. Furthermore it provides reference points for calibrating multi-resolution SEE models, as well as being an independent way of assessing uncertainty in remotely sensed data

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Escorihuela, Maria Jose. "Estimation de l'humidité du sol à partir de données radiométriques en bande-L: préparation de la mission SMOS." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00168766.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la préparation de la mission SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity). Sur les terres émergées, le satellite SMOS fournira une cartographie globale de l'humidité du sol à partir de données radiométriques en bande-L (1.4 GHz). Le principe physique repose sur la sensibilité de la bande-L au contenu en eau de la surface. Le couvert végétal contribue à l'émission en fonction de son contenu en eau, et ses effets doivent être corrigés pour estimer l'humidité du sol. Le satellite SMOS obtiendra des mesures à deux polarisations (horizontale et verticale) et à multiples angles d'incidence. Ce système surdéfini permettera l'inversion de plusieurs paramètres, notamment l'humidité du sol et l'opacité de la végétation. L'objectif de cette thèse est de tester et d'améliorer si possible les modèles micro-ondes pour les scènes naturelles, en tenant compte les particularités de la configuration SMOS, notamment la diversité d'angles d'incidence. La première partie est consacrée à l'émission d'un sol nu. Dans un premier temps, deux approches (télédétection et capteurs in situ pour estimer l'humidité du sol ont été comparées. Dans un deuxième temps, la signature angulaire et polarimétrique de l'émission d'un sol nu rugueux est étudiée, un modèle semi-empirique est développé pour prendre en compte des effets de la rugosité aux différents angles et polarisations. La seconde partie est consacrée à l'émission d'un couvert végétal. L'influence de la rosée et les variations journalières de teneur en eau de la végétation sur l'émission ont été analysées.

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Indarto. "Comportement des sols soumis à une pression interstitielle négative : application aux silos." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1991. http://www.theses.fr/1991ECAP0182.

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Abstract:

Différents matériaux (argile, limon, sable, billes de verre, et materiaux grossiers) ont été choisis pour étudier le comportement des sols soumis à une pression interstitielle négative. Les résultats montrent que les chemins de drainage des matériaux granulaires et grossiers compactes obéissent bien a la loi de Jurin et que l'hystérésis est absente des cycles drainage-humidification des matériaux grossiers compactes à l'OPN. Le domaine sature est important pour les sols argileux soumis à une pression interstitielle négative. L'étude expérimentale du comportement du limon de Jossigny sur différents chemins à pression interstitielle imposée (drainage-humidification, chemin triaxiaux normalement consolides ou surconsolidés) montre que la logique des sols satures et la notion classique de contrainte effective de Terzaghi restent valables tant que l'eau est la phase continue, c'est-à-dire, en première approximation, pour des teneurs en eau supérieures à la limite de retrait. Pour contrôler l'état hydrique du matériau dans un silo, la pression interstitielle négative est un paramètre qui est plus sensible que la teneur en eau

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Mumen, Mohamed. "Caractérisation du fonctionnement hydrique des sols à l'aide d'un modèle mécaniste de transferts d'eau et de chaleur mis en œuvre en fonction des informations disponibles sur le sol." Avignon, 2006. http://www.theses.fr/2006AVIG0600.

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Abstract:

"L'objectif principal de ce travail est de proposer une méthode de prévision du régime hydrique du sol en se basant sur des informations facilement accessibles sur le sol et le climat. Nous nous sommes limités au cas des sols nus et à l'estimation de la teneur en eau dans la couche de surface (0-30 cm). Ce choix est guidé par le contexte finalisé dans lequel s'inscrit cette étude qui est le développement d'un outil d'aide à la décision pour choisir les dates d'implantation des cultures. La méthode proposée doit permettre de faire fonctionner un modèle mécaniste de transferts d'eau et de chaleur (le modèle TEC) avec des données climatiques standard et une caractérisation simplifiée du sol (granulométrie, teneur en matière organique et densité du sol). La mise en œuvre du modèle TEC exige beaucoup d'informations sur le sol, le climat et l'interface sol-atmosphère. Dans ce travail nous nous sommes focalisés sur trois types d'entrée que nous estimons avoir un impact sur la teneur en eau du sol. Il s'agit:(1) des propriétés hydrodynamiques du sol, (2) des conditions initiales du modèle, (3) des conditions aux limites inférieures. Les principaux résultats ressortant de ce travail sont : en ce qui concerne les propriétés hydrodynamiques du sol, l'utilisation de la fonction de pédotransfert de Wosten (1997) conduit aux meilleurs résultats. Nous avons trouvé que dans la plupart des cas, la précision sur la teneur en eau dans les 30 premiers centimètres présentait un RMSE meilleur que 0. 04 m3m-3. L'utilisation de mesure des propriétés hydrodynamique in situ par la méthode simplifiée de " BeerKan " ou en laboratoire par la méthode de " wind " ne conduisent pas nécessairement à une amélioration des simulations réalisées avec TEC. Cette étude a également montré que l'initialisation du modèle et les conditions limites inférieures conduisent à des erreurs comparables à celles induites par les propriétés hydrodynamiques. En se basant sur ces résultats, nous proposons une méthode pour mettre en œuvre le modèle TEC lorsque la caractérisation hydrique et les propriétés hydrodynamiques du sol n'est pas possible. L'application de cette méthode donne une précision d'environ 0. 04 m3m-3"

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Daoud, Farid Zineddine. "La perméabilité des sols fins compactés." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1996. http://www.theses.fr/1996INPL056N.

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Les caractéristiques hydriques des sols fins compactés conduisent à les utiliser comme barrière hydraulique afin de limiter les échanges avec le milieu naturel. La mise au point d'un dispositif expérimental a permis de montrer l'action combinée des différents paramètres hydriques et mécaniques sur le comportement hydrodynamique des sols fins compactés. Les résultats portent sur la mise en évidence de l'influence des conditions d'exécution des essais (gradient hydraulique, confinement, chargement axial, dimensions des éprouvettes, type de perméamètre et durée de l'essai), et des paramètres liés à la nature et à la préparation du sol (teneur en eau, énergie et mode de compactage, dimensions des mottes, lien entre les couches). Parmi les trois méthodes de compactage utilisées dans cette étude, le compactage par pétrissage est celui qui a donné les plus faibles valeurs de perméabilité. Ces travaux ont montré que la taille des mottes à un effet considérable sur la perméabilité des sols fins compactés du coté sec. Par ailleurs, l'existence des écoulements préférentiels le long de l'interface sol-membrane flexible a pu être démontrée à l'aide d'un traceur, une pression de confinement importante est nécessaire pour les éliminer. L’effet d'échelle a été interprété par un modèle probabiliste montrant la variation de la perméabilité moyenne d'un ensemble de couches en fonction de la probabilité d'existence d'une couche peu perméable. Ce travail nous a conduit de proposer d'une part, des améliorations de la procédure d'essai permettant la détermination de la perméabilité à saturation au laboratoire et d'autre part, des recommandations pratiques pour la conception et la réalisation des systèmes étanches

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Parrens, Marie. "Assimilation des données SMOS dans un modèle des surfaces continentales : mise en œuvre et évaluation sur la France." Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2147/.

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Assimiler l'humidité superficielle du sol (SSM) dans un modèle de surface améliore la modélisation du contenu en eau du sol. La télédétection est un outils indispensable pour suivre l'évolution de cette variable. SMOS, lancé en Novembre 2009, est le premier satellite dédié à l'étude de l'humidité du sol. Les premières données SMOS ont été comparées aux données ASCAT sur la France. Les données ASCAT se corrèlent mieux aux observations in situ et aux SSM simulées que les données SMOS pendant l'année 2010. Sur le sol nu du site de SMOSREX (2003-2005), les SSM mesurés ont été assimilées dans une nouvelle version multi-couches du modèle Interaction entre le Sol, la Biosphère et l'Atmosphère (ISBA). Un Filtre de Kalman Etendu Simplifié (SEKF) a été utilisé pour analyser le profil d'eau du sol dans les 11 couches de la version multi-couches du modèle de surface (ISBA-DF). Pendant les périodes sèches, les corrections impactent les 15 premiers centimètres du sol alors que pendant les périodes humides, des corrections moins intenses affectent l'ensemble de la colonne de sol. Afin de préparer l'assimilation des températures de brillance (TB), des TB ont été simulées par couplage entre ISBA-DF et un modèle d'émission micro-ondes (CMEM). Avec ISBA-DF, il est préférable de modéliser les TB en utilisant l'approche de Wilheit pour le calcul de l'émissivité de surface lisse et de prendre en compte l'impact des variations de SSM dans le calcul de la rugosité. Finalement, les TB de SMOSREX ont été assimilées dans ISBA-DF. Considérer CMEM comme opérateur d'observations dans le SEKF permet d'obtenir un état analysé proche de celui obtenu lors de l'assimilation des SSM dans ISBA-DF
Assimilating surface soil moisture (SSM) in a land surface model permits a better monitoring of the soil water content. Remote sensing is an indispensable tool for monitoring the evolution of SSM, both spatially and temporally. SMOS was launched in November 2009 and it is the first satellite specifically dedicated to SSM mapping over continents. A comparison of the first SMOS data with ASCAT over France showed that the ASCAT product was better correlated with in situ SSM observations and with SSM simulations for the year 2010. Over bare soil plot of SMOSREX (2003-2005), in situ SSM were assimilated into a new multi-layer version of the soil module of the Interaction between the Soil, Biosphere, Atmosphere (ISBA) land surface model. A simplified Extended Kalman Filter was used to analyze 11 soil layers of the ISBA multi-layer version (ISBA-DF). For dry periods, corrections affected a shallow 0-15 cm top soil layer. For wet period, weaker corrections were applied for the entire column. To prepare the assimilation of the TB, the TB were produced by coupling ISBA-DF with a microwave emission model (CMEM). With ISBA-DF, computing TB using the Wilheit smooth surface emissivity and taking into account an impact of SSM on soil roughness is recommended. Finally, the SMOSREX TB observations were assimilated by ISBA-DF. Considering CMEM as an observation operator provided a SSM and total soil water content analysis similar to the analysis obtained by assimilating direct SSM observations in ISBA-DF

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Zhang, Xiaoyun. "Développement d'un système d'imagerie qualitatif et quantitatif microonde pour le contrôle de l'écoulement de l'eau dans une colonne de sol." Aix-Marseille 1, 2010. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2010AIX11015.pdf.

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Abstract:

Nous présentons une nouvelle méthode d’imagerie micro-ondes sondage qui vise à retrouver la variation de la teneur en eau du sol au niveau des racines des plantes. Dans cette technique, la permittivité diélectrique joue un rôle important. En effet, elle est directement liée à la teneur en eau du sol et de nombreux modèles liant la teneur en eau à la permittivité existent. D’un point de vue électromagnétique si l’on est capable de retrouver cette permittivité grâce à la résolution d’un problème inverse on sera alors à même de remonter aux cartes de teneur en eau dans le sol. La configuration bidimensionnelle d’étude que nous avons utilisée correspond à un dispositif d’imagerie microondes que nous possédons au laboratoire et qui permet de mesurer l’interaction d’une onde électromagnétique avec une colonne de sol bidimensionnelle. Ces études numériques nous ont permis de tester différentes méthodes d’imagerie qualitatives ou quantitatives. Les premières méthodes permettent d’obtenir très rapidement des informations sur le support de l’objet et nous avons pu comparer essentiellement trois méthodes : la Décomposition de l’Opérateur de Retournement Temporel, La méthode MUSIC (Multiple Signal Classification) et la LSM (Linear Sampling Method). Nous avons de plus proposé une extension de la méthode DORT pour des cibles étendues. Deux méthodes quantitatives, permettant de retrouver la valeur de la permittivité de l’objet diffractant et basées sur un algorithme de minimisation de type gradient conjugué sont aussi analysées. L’influence de l’apport d’information a-priori sur la nature du diffuseur est étudiée. Cette information est introduite en utilisant un formalisme de type fonction de niveaux où la permittivité de l’objet est représentée de manière globale. Afin de tester ces algorithmes, l'équation de Richards est résolue, les cartes de teneur en eau dans le sol sont stockées est convertie en cartes de permittivité utilisées ensuite dans l’outil de modélisation de diffraction. Des tests sur des données expérimentales acquises en laboratoire avec une colonne de sol reconstitué sont aussi éffectués
We present a new microwave probing technique which aims to monitor the variation of the soil water content at the depth of the crop roots. The dielectric permittivity plays a key role in this technique. Indeed, it is directly related to the soil water content and numerous models are formed to reveal their relationship. Meanwhile, it determines the interactions between the medium and the electromagnetic field which are governed by the Helmholtz equation. Besides, recovering the permittivity profile of the medium from the electromagnetic field is an inverse scattering problem. Therefore, one can access the map of water content in soil by solving an inverse scattering problem. A circular scanner which is designed for studying the 2D problem is employed to send and receiver back the electromagnetic signal which interacts with a soil column placed inside its cavity. The direct propagation problem corresponding to this configuration is formulated and solved with the FEM method. It serves to calibrate the imaging system and to generate the simulated data which will be useful to test the inversion methods discussed during this PhD work. In order to reduce the ill-posedness of the inverse scattering problem, we studied both qualitative imaging methods and quantitative ones. The support information of the scatterers provided by the qualitative methods may be of interest when used as an initial guess in the quantitative methods which can retrieve the refractive index of the medium. Three qualitative methods are studied, the DORT (Decomposition of the time reversal operator) method, the MUSIC (MUltiple-Signal-classification) method and the LSM (Linear sampling method) method. We also proposed the EDORT method which can cope with extended-size targets. Two quantitative methods based on the CG (Conjugate Gradient) minimization scheme are provided. The first one does not use any a priori information. The second one use some shape a priori information which is introduced into the inversion scheme by means of a modified Heaviside function coupled with a level set formalism. In order to test the ability of these inversion methods to monitor the variation of the soil water content, we simulate the water diffusive process in a soil column by solving the Richards equation and couple these simulations with the FEM software, and then the ‘measured’ fields with respect to time are obtained. The LSM method and the two quantitative methods are tested with this synthetic data. Besides, a controlled water diffusive process which occurs in a soil column was experimentally realized. The associated electromagnetic fields were measured using the circular scanner. The imaging results of the LSM method on the experimental data are also presented

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Al, Majou Hassan. "Etude et prédiction des propriétés de rétention en eau des sols : prise en compte de la composition et de l'état structural du sol." Orléans, 2008. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00286622.

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Abstract:

Les propriétés de rétention en eau et leur relation avec les caractéristiques du sol ont fait l’objet de nombreuses études ces trente dernières années. L’objectif de ce travail est d’analyser la validité des fonctions de pédotransfert (FPT) établies avec des sols du territoire national, et de les comparer à celles développées à l’échelle de l’Europe. Les résultats montrent que les FPT établies avec des sols du territoire national conduisent à des prédictions de qualité meilleure ou similaire à celles obtenues avec les FPT établies à l’échelle de l’Europe. Il a été aussi montré que pour des sols du territoire national, des classes de pédotransferts établies par classe de texture (CFPT texturales) ou par classe de texture et de structure (CFPT texturo-structurales) conduisaient à de prédictions de meilleure qualité que celles obtenues avec des FPT beaucoup plus élaborées et réclamant une connaissance détaillée de la composition des sols. La prédiction des propriétés de rétention en eau est améliorée significativement lorsque la teneur en eau volumique à la capacité au champ in situ est utilisée comme prédicteur par classe de texture. Enfin, Les propriétés de rétention en eau ont été discutées pour les sols argileux en fonction de leur état structural à l’échelle des constituants élémentaires (mode d’assemblage des particules d’argile). Les résultats montrent que les propriétés de rétention en eau peuvent s’expliquer par les différences de teneur en argile et de mode d’assemblage des particules composant la phase argileuse.

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Holah, Noha. "Potentiel des nouveaux capteurs radar multipolarisation et polarimétrique pour la caractérisation des états de surface en milieu agricole." Orléans, 2005. http://www.theses.fr/2005ORLE2010.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est d'analyser l'information issue du nouveau capteur radar ASAR d'ENVISAT et des futurs capteurs polarimétriques en bande X pour l'estimation de la rugosité et de l'humidité du sol. Les résultats obtenus par le capteur aéroporté RAMSES montrent le faible potentiel des radars en bande X à 30° pour la discrimination des classes de rugosité. Néanmoins, cette étude a montré qu'il est possible d'identifier un état structural de surface dégradé en raison de la présence d'une croûte de battance et de distinguer les parcelles fraîchement labourées. L'utilisation du capteur ASAR a permis de définir les configurations radar optimales pour une meilleure estimation de l'humidité (polarisation HH, et faibles incidences) et de la rugosité du sol (polarisations HH et HV, et fortes incidences). Après avoir observé une faible corrélation entre les mesures expérimentales et celles simulées par le modèle de rétrodiffusion IEM, nous avons appliqué la calibration semi-empirique du modèle IEM proposée par Baghdadi et al. (2004) dans le but de mieux reproduire le coefficient de rétrodiffusion radar sur des sols nus en milieu agricole. Les résultats obtenus montrent que cette calibration permet de mieux restituer le signal radar. Des procédures d'inversion ont été utilisées pour estimer l'humidité à partir des signaux ASAR. Les résultats obtenus montrent une nette amélioration de l'estimation de l'humidité quand deux angles d'incidence sont utilisés (l'une faible et l'autre élevé). L'utilisation des données en mode multi-polarisation n'améliore pas l'estimation de l'humidité par rapport à l'utilisation d'une seule polarisation (amélioration inférieure à 1%).

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Juglea, Silvia. "Simulation de l'humidité du sol-température de brillance à partir des données in situ dans le cadre de la validation des produits SMOS : site test Valencia Anchor Station." Phd thesis, Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1533/.

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Abstract:

Lancée en novembre 2009, l'objectif principal de la mission SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) est de fournir une cartographie globale de l'humidité du sol avec une précision supérieure à 0. 04 m3/m3 et avec une résolution spatiale comprise entre 35 km au nadir et 55 km (43 km en moyenne) en utilisant la radiométrie en bande L (1. 4 GHz). La résolution spatiale des satellites tels que SMOS induit de nombreuses questions scientifiques qui nécessite un minimum de mesures de terrain représentatives de la zone vue par le capteur. C'est dans cette optique que la validation des données SMOS nécessite l'acquisition de nombreuses mesures sur une vaste zone. Dans ce sens, le site VAS (Valencia Anchor Station), défini par l'université de Valence (Espagne) en décembre 2001, a pour objectif principal de caractériser une surface dédiée à l'étalonnage et la validation des missions satellites d'observation de la terre. Dans le contexte de la validation des produits SMOS au-dessus des terres émergées, l'objectif principal de cette thèse est la génération de "Match-ups" sur la zone VAS (équivalente à un pixel SMOS), qui sont à comparer avec les données réelles SMOS. Les Match-ups sont des températures de brillance micro-ondes passives simulées en utilisant les variables et les caractéristiques de surface de la zone VAS. Ainsi, pour modéliser l'humidité du sol et la température de brillance associée, nous avons couplé un modèle SVAT (Soil-Vegetation-Atmosphere-Transfer) avec un modèle de transfert radiatif. Les processus hydrologiques sont simulés avec le modèle ISBA (Interactions between Soil Biosphere Atmosphere), alors que l'émission micro-ondes est simulée avec le modèle L-MEB (L-band Microwave Emission of the Biosphere) qui est utilisé dans l'algorithme d'inversion des humidités de surface à partir des données SMOS
Launched in November 2009, the main goal of the SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) mission is to map global fields of surface soil moisture with an accuracy better than 0. 04 m3/m3 land with a spatial resolution ranging from 35 km at nadir up to 55 km (43 km average) using L-band (1. 4 GHz) radiometry. The large pixel size of satellite missions such as SMOS, introduces a number of scientific questions that requires a minimum of field measurements representative of the area seen by the sensor. Thus, the validation of SMOS data requires the maintenance of long term measurements over large areas. This is the role of Valencia Anchor Station (VAS), established by the University of Valencia in December 2001, whose principal objective is to characterize an area dedicated to the calibration and validation of Earth Observation missions. In the context of the validation of the SMOS products over land, the main objective of this thesis consists in accurately generating the Match-ups over the VAS area (equivalent to a SMOS pixel) to be compared with the SMOS real data. The Match-ups are defined as simulated passive microwave brightness temperatures using the surface variables as well as the characteristics of the VAS area. A coupled SVAT (Soil-Vegetation-Atmosphere-Transfer) - radiative transfer model was developed for modelling the soil moisture and the resulting microwave emissions. The hydrological processes are simulated with a SVAT model named ISBA (Interactions between Soil Biosphere Atmosphere), while the microwave emission is simulated using the L-MEB (L-band Microwave Emission of the Biosphere) model upon which the SMOS Level 2 processor is based

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Ardilouze, Constantin. "Impact de l'humidité du sol sur la prévisibilité du climat estival aux moyennes latitudes." Thesis, Toulouse, INPT, 2019. http://www.theses.fr/2019INPT0048/document.

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Abstract:

Les épisodes de sécheresse et de canicule qui frappent épisodiquement les régions tempérées ont des conséquences préjudiciables sur les plans sanitaire, économique, social et écologique. Afin de pouvoir enclencher des stratégies de préparation et de prévention avec quelques semaines ou mois d'anticipation, les attentes sociétales en matière de prévision sont élevées, et ce d'autant plus que les projections climatiques font craindre la multiplication de ces épisodes au cours du 21ème siècle. Néanmoins, la saison d'été est la plus difficile à prévoir aux moyennes latitudes. Les sources connues de prévisibilité sont plus ténues qu'en hiver et les systèmes de prévision climatique actuels peinent à représenter correctement les mécanismes de téléconnexion associés. Un nombre croissant d'études a mis en évidence un lien statistique dans certaines régions entre l'humidité du sol au printemps et les températures et précipitations de l'été qui suit. Ce lien a été partiellement confirmé dans des modèles numériques de climat mais de nombreuses interrogations subsistent. L'objectif de cette thèse est donc de mieux comprendre le rôle joué par l'humidité du sol sur les caractéristiques et la prévisibilité du climat de l'été dans les régions tempérées. Grâce notamment au modèle couplé de circulation générale CNRM-CM, nous avons mis en œuvre des ensembles de simulations numériques qui nous ont permis d'évaluer le degré de persistance des anomalies d'humidité du sol printanière. En effet, une longue persistance est une condition nécessaire pour que ces anomalies influencent le climat à l'échelle de la saison, via le processus d'évapotranspiration de la surface. En imposant dans notre modèle des conditions initiales et aux limitées idéalisées d'humidité du sol, nous avons mis en évidence des régions du globe pour lesquelles l'état moyen et la variabilité des températures et des précipitations en été sont particulièrement sensibles à ces conditions. C'est notamment le cas sur une grande partie de l'Europe et de l'Amérique du nord, y compris à des latitudes élevées. Pour toutes ces régions, l'humidité du sol est une source prometteuse de prévisibilité potentielle du climat à l'horizon saisonnier, bien que de fortes incertitudes demeurent localement sur le degré de persistance de ses anomalies. Une expérience de prévisibilité effective coordonnée avec plusieurs systèmes de prévision montre qu'une initialisation réaliste de l'humidité du sol améliore la prévision de températures estivales principalement dans le sud-est de l'Europe. Dans d'autres régions, comme l'Europe du Nord, le désaccord des modèles provient de l'incertitude sur la persistance des anomalies d'humidité du sol. En revanche, sur les Grandes Plaines américaines, aucun modèle n'améliore ses prévisions qui restent donc très médiocres. La littérature ainsi que nos évaluations de sensibilité du climat à l'humidité du sol ont pourtant identifié cette région comme un "hotspot" du couplage entre l'humidité du sol et l'atmosphère. Nous supposons que l'échec de ces prévisions est une conséquence des forts biais chauds et secs présents dans tous les modèles sur cette région en été, qui conduisent à un dessèchement excessif des sols. Pour le vérifier, nous avons développé une méthode qui corrige ces biais au cours de l'intégration des prévisions avec CNRM-CM6. Les prévisions qui en résultent sont nettement améliorées sur les Grandes Plaines. La compréhension de l'origine des biais continentaux en été et leur réduction dans les prochaines générations de modèles de climat sont des étapes essentielles pour tirer le meilleur parti de l'humidité du sol comme source de prévisibilité saisonnière dans les régions tempérées
Severe heat waves and droughts that episodically hit temperate regions have detrimental consequences on health, economy and society. The design and deployment of efficient preparedness strategies foster high expectations for the prediction of such events a few weeks or months ahead. Their likely increased frequency throughout the 21st century, as envisaged by climate projections, further emphasizes these expectations. Nevertheless, the summer season is the most difficult to predict over mid-latitudes. Well-known sources of predictability are weaker than in winter and current climate prediction systems struggle to adequately represent associated teleconnection mechanisms. An increasing number of studies have shown a statistical link over some regions between spring soil moisture and subsequent summer temperature and precipitation. This link has been partly confirmed in climate numerical models, but many questions remain. The purpose of this PhD thesis is to better understand the role played by soil moisture onthe characteristics and predictability of the summer climate in temperate regions. By means of the CNRM-CM coupled general circulation model, we have designed a range of numerical simulations which help us evaluate the persistence level of spring soil moisture anomalies. Indeed, a long persistence is a necessary condition for these anomalies to influence the climate at the seasonal scale, through the process of evapotranspiration. By imposing in our model idealized initial and boundary soil moisture conditions, we have highlighted areas of the globe for which the average state and the variability of temperatures and precipitation in summer is particularly sensitive to these conditions. This is the case in particular for Europe and North America, including over high latitudes. Soil moisture is therefore a promising source of potential seasonal climate predictability for these regions, although the persistence of soil moisture anomalies remains locally very uncertain. An effective predictability coordinated experiment, bringing together several prediction systems, shows that a realistic soil moisture initialization improves the forecast skill of summer temperatures mainly over southeast Europe. In other regions, such as Northern Europe, the disagreement between models comes from uncertainty about the persistence of soil moisture anomalies. On the other hand, over the American Great Plains, even the forecasts with improved soil moisture initialization remain unsuccessful. Yet, the literature as well as our assessment of climate sensitivity to soil moisture have identified this region as a "hotspot" of soil moisture - atmosphere coupling. We assume that the failure of these predictions relates to the strong hot and dry bias present in all models over this region in summer, which leads to excessive soil drying. To verify this assumption, we developed a method that corrects these biases during the forecast integration based on the CNRM-CM6 model. The resulting forecasts are significantly improved over the Great Plains. Understanding the origin of continental biases in the summer and reducing them in future generations of climate models are essential steps to making the most of soil moisture as a source of seasonal predictability in temperate regions

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Molero, Rodenas Beatriz Molero. "Différence d'échelle spatiale entre les mesures satellitaires et in situ d'humidité du sol : analyse par des approches spatio-temporelles." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30264/document.

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Abstract:

L'humidité du sol est une variable climatique essentielle dont le suivi à l'échelle globale est possible grâce à des instruments micro-ondes à bord des satellites. La précision de ces estimations est validée par comparaison directe aux mesures au sol. Tandis que les estimations satellitaires ont des résolutions allant de 30 à 100 km, les capteurs in situ sont généralement représentatifs d'une zone de quelques centimètres (résolution ponctuelle). Cette différence entre l'échelle spatiale des estimations satellitaires et in situ impacte le processus de validation et les statistiques obtenues à un niveau qui n'est pas connu actuellement. Cette thèse vise à améliorer la connaissance de l'impact du changement d'échelle spatiale, ainsi qu'à fournir des méthodes d'évaluation de celle-ci applicables à toute zone de validation. Pour ce faire, la relation entre les échelles spatiales et temporelles a été étudiée. Des séries modélisées et mesurées sur des régions différentes du globe ont été décomposées en échelles de temps allant de 0,5 et 128 jours, en utilisant des transformées en ondelettes. La représentativité spatiale des mesures à résolution ponctuelle a ensuite été évaluée, par échelle de temps, avec 4 approches différentes : l'analyse de la stabilité temporelle, la triple colocation, le pourcentage de zones corrélées (CArea) et une nouvelle approche utilisant des corrélations basées sur des ondelettes (WCor). De plus, l'incertitude d'échantillonnage a été évaluée séparément avec des approches bootstrap et des simulations de Monte Carlo de séries à résolution ponctuelle. À l'issue de ces expériences, il y a été constaté que la moyenne des valeurs de représentativité spatiale obtenues tend à augmenter avec l'échelle de temps, mais aussi leur dispersion. Cela implique que certaines stations ont de vastes zones de représentativité à des échelles saisonnières, tandis que d'autres ne l'ont pas. Aux échelles sous-hebdomadaires, toutes les stations présentaient de très petites zones de représentativité. Enfin, l'impact de l'incertitude d'échantillonnage s'est avéré assez important dans les métriques de validation satellitaire
Soil moisture is an essential climate variable that is globally monitored with the help of satellite borne microwave instruments. The accuracy of satellite soil moisture estimations is assessed by direct comparison to in situ measurements. While satellite estimates have a resolution ranging between 30 and 100 km, in situ sensors typically measure over an area of a few centimetres (point resolution). This spatial scale mismatch between satellite and in situ soil moisture estimates impairs the validation process and the respective summary statistics to an extent that is not currently known. This thesis aims at improving the knowledge of the spatial scale mismatch, as well as providing methods for its assessment applicable to any validation area. To this end, the connection between the SM spatial and time scales was investigated. Modelled and measured soil moisture series at different regions of the globe were decomposed into time scales ranging from 0.5 to 128 days, using wavelet transforms. The spatial representativeness of the point measurements was then assessed, on a per time scale basis, with 4 different approaches: temporal stability analysis, triple collocation, the percentage of correlated areas (CArea) and a new approach that uses wavelet- based correlations (WCor). Moreover, one of the components of the mismatch, the sampling uncertainty, has been assessed separately with bootstrap and Monte Carlo simulations of point-support series. It was found that the average of the spatial representativeness values tends to increase with the time scales but so does their dispersion. This implies that some stations had large representativeness areas at seasonal scales, while others do not. At sub-weekly scales, all stations exhibited very small representativeness areas. Finally, the sampling uncertainty has been observed to have a considerable impact on satellite validation statistics

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Gibon, François. "Etude de la dynamique spatio-temporelle de l'humidité du sol : Applications du satellite SMOS au suivi de rendement agricole en Afrique de l'Ouest et à la correction des produits satellitaires de pluies." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAU013/document.

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Abstract:

L’humidité du sol à été déclarée Essential Climate Variable (ECV) en 2010 par l’European Space Agency (ESA) en support du travail du Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat (GIEC). Dans des zones vulnérables comme l’Afrique de l’Ouest (agriculture faiblement irriguée et de subsistance, températures extrêmes et forte variabilité des précipitations), la valeur ajoutée d’informations concernant l’humidité du sol est importante, surtout dans un contexte de changement climatique. La première partie de ces travaux de thèse concerne la représentation de l'humidité en profondeur à grande échelle en utilisant le triptyque mesures in-situ/télédétection/modélisation. Ces 3 méthodes présentent chacune des limites: (i) la faible densité des réseaux in-situ (3 sites de mesures sur toute l'Afrique de l'Ouest), (ii) les estimations de SMOS uniquement en surface (0-5 cm) et (iii) les incertitudes des forçages de précipitation temps-réel utilisés dans les modèles de surface. Afin de réduire ces limitations, une méthode d'assimilation (filtre particulaire) des données SMOS à été implémentée dans un modèle de surface empirique (API) et comparées aux mesures in-situ AMMA-CATCH. Les résultats montrent une amélioration des humidités modélisée après assimilation. La seconde partie concerne l'impact des variations d'humidité du sol sur les rendements de mil. Une relation statistique a tout d'abord été déterminée à partir de données de rendements mesurés sur 10 villages autour de Niamey. Les résultats montrent que les anomalies d'humidité du sol sur 20 jours début Juillet et fin Août - mi Septembre (période reproductive et période de remplissage du grain), à une profondeur d'environ 30 cm, expliquent les variations de rendement mesuré à R2=0.77 sur l'ensemble de 9 villages. Cette relation à ensuite été appliquée à l'échelle du Niger à partir de données de rendement issues de la FAO et de cartes d'humidité en profondeur développées dans la première partie de la thèse. Les résultats montrent une corrélation à R2=0.62 sur les années 1998-2014. Puis la méthode a été appliquée à 3 autres pays du Sahel, montrant une corrélation de 0.77. La dernière partie de ces travaux concerne l'exploitation des résidus du schéma d'assimilation afin de réduire les incertitudes sur les précipitations. Les produits de précipitations satellites CMORPH, TRMM et PERSIANN, dans leur version temps-réel ont été comparées à des pluviomètres avant et après assimilation. Le résultat de cette étude montre une nette amélioration des intensités estimées. La méthode a ensuite été appliquée à un produit de précipitation utilisé au centre régional AGRHYMET pour le suivi agricole, le produit TAMSAT.Ces travaux de thèse ont permis d'approfondir les recherches concernant le potentiel des données d'humidité par satellite pour des applications agronomiques. Les perspectives de ces travaux portent principalement sur : (i) l'utilisation d'autres capteurs (SMAP, ASCAT, AMSR) pour augmenter la fréquence des observations d'humidité dans l'assimilation, (ii) sur des méthodes de désagrégation des coefficients pour la correction des précipitations à plus haute résolution spatiale et (iii) sur l'utilisation de données multispectrales (indices de végétation, température du sol, ...) pour un meilleur suivi des rendements
Soil moisture was declared Essential Climate Variable (ECV) in 2010 by the European Space Agency (ESA) in support of the work of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). In vulnerable areas such as West Africa (poorly irrigated and subsistence agriculture, extreme temperatures and high variability of rainfall), the added value of informations on soil moisture is important, especially in a changing climate. The first part of this thesis concerns the representation of root-zone soil moisture on a large scale using the triptych in-situ measurements / remote sensing / modeling. These 3 methods each have limitations: (i) the low density of in-situ networks (3 measurement sites throughout West Africa), (ii) SMOS estimates only at the surface (0-5 cm) and (iii) the uncertainties of the real-time precipitation forcing used in surface models. In order to reduce these limitations, an assimilation method (particle filter) of SMOS data has been implemented in an empirical surface model (API) and compared to AMMA-CATCH in-situ measurements. The results show an improvement of the humidities modeled after assimilation. The second part concerns the impact of soil moisture variations on millet yields. A statistical relationship was first determined from yield data measured in 10 villages around Niamey. The results show that the 20-day soil moisture anomalies at the beginning of July and the end of August - mid September (reproductive period and grain filling period), at a depth of about 30 cm, explain the variations in yield measured at R2=0.77. This relationship was then applied to the Nigerien scale from FAO yield data and in-depth moisture maps developed in the first part of the thesis. The results show a correlation at R2=0.62 over the years 1998-2015. Then, the method was apply to 3 other sahelian countries, showing a agreement of 0.77. The last part of this work concerns the exploitation of the residuals of the assimilation scheme in order to reduce the uncertainties on the precipitations. The satellite precipitation products CMORPH, TRMM and PERSIANN, in their real-time version, were compared to rain gauges before and after assimilation. The result of this study shows a marked improvement in the estimated precipitations intensities. The method was then applied to a precipitation product used at the AGRHYMET regional center for agricultural monitoring, the TAMSAT product.This thesis work has led to further research into the potential of satellite moisture data for agronomic applications. The perspectives of this work mainly concern: (i) the use of other sensors (SMAP, ASCAT, AMSR) to increase the frequency of the observations of humidity in the assimilation, (ii) on methods of disaggregation of the coefficients for the correction of precipitation at higher spatial resolution and (iii) the use of multispectral data (vegetation indices, soil temperature, ...) for a better monitoring of yields

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Baup, Frédéric. "Apport des données ENVISAT/ASAR pour le suivi des surfaces continentales : application à la zone Sahélienne." Toulouse 3, 2007. http://www.theses.fr/2007TOU30083.

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Abstract:

Le projet international AMMA, dans lequel s'inscrit ce travail de thèse, a pour objectif d'améliorer la compréhension des phénomènes liés à la mousson en Afrique de l'ouest, et en particulier les échanges d'énergie entre les surfaces continentales, océaniques et l'atmosphère. Au niveau des surfaces continentales, ces échanges sont principalement contrôlés par la quantité de végétation et par l'humidité de surface. Il est donc important de les estimer avec des résolutions spatiale et temporelle les plus fines possibles. Dans ce contexte, l'utilisation de capteurs radar, sensibles à l'humidité des sols et à la végétation, apparaît utile dans l'observation des zones où la couverture nuageuse est souvent marquée. Depuis une quinzaine d'années, des travaux basés sur l'utilisation de données radar ont permis de mettre en évidence les capacités de tels capteurs pour le suivi des zones semi-arides et pour l'extraction des paramètres géophysiques tels que la quantité de végétation, l'humidité et la rugosité des sols, etc. Cependant, aucun des capteurs utilisés jusque-là (diffusiomètres et SAR) n'offre à la fois des résolutions spatiale et temporelle élevées, associées à une large couverture spatiale, permettant le suivi de variables fugaces sur de grandes surfaces, comme l'humidité du sol. En effet, le diffusiomètre fournit des acquisitions avec une résolution temporelle élevée mais au dépend de la résolution spatiale, tandis que le SAR offre les possibilités inverses. Le développement des SAR de seconde génération, équipant les satellites RADARSAT et ENVISAT, permet de compenser ces limitations en offrant des résolutions spatiales souvent inférieures au kilomètre associées à une résolution temporelle de quelques jours. De plus le SAR d'ENVISAT offre aussi le choix des états de polarisations de l'onde radar contrairement à RADARSAT. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse sont basés sur l'utilisation des données ENVISAT/ASAR dont les caractéristiques permettent d'effectuer le lien, en terme de résolution, entre les diffusiomètres et les SAR du type d'ERS. Les travaux de recherche se sont organisés autour de trois axes complémentaires : Traitement et analyse des données ASAR pour les modes Global Monitoring et Wide Swath, montrant une meilleure aptitude de ce dernier pour la détermination de l'humidité du sol à des échelles de quelques kilomètres carrés. .
The international project AMMA, in which this work of thesis is linked, aims to improve comprehension of the phenomena related to monsoon in West Africa, and in particular, exchanges of energy between continental, oceanic surfaces and the atmosphere. Concerning continental surfaces, these exchanges are mainly controlled by vegetation quantity and soil moisture. In this context, the use of radar sensors, sensitive to these two factors, appears useful in areas where the cloud cover is often marked. However, no sensors used up to now (Wind SCatterometers and SAR) offers at the same time a wide spatial cover combined to high space and temporal resolutions. The SAR of second generation, such as the one on board ENVISAT, offers an interesting compromise between spatial and temporal resolutions. This work is based on the use of ENVISAT/ASAR data and is organized around three complementary axes: (1) Treatment and analyzes data acquired in Global Monitoring and Wide Swath modes. This study showed a stronger aptitude of this last one for the estimations of the soil moisture at kilometric scales, while keeping a large space cover. The use of radar data in a bi-objective assimilation algorithm, associated with optical data, helped to improve biomass and LAI estimation. (2) Acquisition of ground data (soil roughness and soil moisture) allowed us to determine, via radar models, that the radar signal is mainly controlled soil characteristics. (3) Empirical estimate and cartography of the soil moisture from radar signal. .

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Chkir, Najiba. "Mise au point d'un modèle hydrologique conceptuel intégrant l'état hydrique du sol dans la modélisation pluie-débit." Phd thesis, Marne-la-vallée, ENPC, 1994. http://www.theses.fr/1994ENPC9410.

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Abstract:

L’importance de l’état initial des bassins versants, et surtout de l’état hydrique du sol, dans la formation des débits est reconnue depuis longtemps. La connaissance précise de cet état hydrique et de sa prise en compte dans la modélisation Pluie-Débit reste cependant un des problèmes actuels de l’hydrologie. Aux mesures « in situ », trop ponctuelles et difficilement généralisables, viennent s’ajouter de nouvelles techniques de télédétection pouvant fournir une information « tout temps » et spatialisée de l’état de surface des bassins versants. L’objectif de cette thèse est de mettre au point un modèle hydrologique conceptuel Pluie-Débit, capable de prendre en compte l’état hydrique des sols. Deux outils de base ont été utilisés : le modèle conceptuel GR3J (puis GR4J) pour la simulation des débits et le modèle physique bi-couches inspiré du « Schéma de Deardorff » pour le suivi de l’humidité des deux couches de sol, superficielle et racinaire. De nombreux schémas de couplage ont été testés en s’appuyant sur les données du BVRE de l’Orgeval, où existent des séries de données de pluie, de débit et d’humidité du sol. Le modèle retenu, « GRHUM », a une fonction de production dérivée du schéma de Deardorff et a conservé la fonction de transfert de GR4J. C’est un modèle à six paramètres, simulant le débits journaliers et l’humidité de deux couches de sol. Le modèle a été validé sur le BVRE de Naisin et sur 35 autres bassins versants situés en Bretagne. Les résultats obtenus montrent les bonnes aptitudes du modèle à simuler les débits et l’humidité de la couche de sol racinaire. La prise en compte de l’occupation réelle du sol, à partir de cartes de cultures et accessible par télédétection, améliore la simulation des humidités de surface. Le fonctionnement de ce modèle peut être réalisé en deux modes : « simulation » lorsque les données d’humidité du sol ne sont pas disponibles et « assimilation » lorsque ces données sont présentes. Le modèle « GRHUM » ouvre des perspectives nouvelles pour l’utilisation de l’état hydrique du sol déterminé à partir de données satellitaires (radar, IRT) dans la prévision des débits
Conceptual hydrological modelling fails in describing the temporal evolution of soil hydric state by the use of classic methods of soil moisture measurement. It is well known that soil hydrodynamic behaviour is highly heterogeneous in the catchment. New remote sensed techniques of measurements can provide information about the spatial variability of this date. Actuel conceptual models use an index that represents the soil water content. This approach is not adapted to the use of remotely sensed data. The aim of this research is to develop a software which can estimate the soil hydric state evolution and simulate basin outflows. Thus, we will be able to use the remotely sensed data. This study is based on two existing tools. The first is the hydrologic conceptual model GR3J which is used to simulate the runoff. The second is the physically based two layers model, issued from de « Deardorff’s schema », and which is used to estimate the moisture evolution o f the two soil layers. These models were calibrated apart using date from basins of different hydrodynamic and morphological characteristics. He final model is obtained by a combination of the two previous models and can provide the capacity of each of them. This study have been done on the Orgeval’s catchment. The final model have been successfully validated on the Brittany region (France) where the ERS-1 project is situated. The model can run with two functional modes depending on the soil moisture data availability (simulation and assimilation)

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Todoroff, Pierre. "Modélisation de la propagation de micro-ondes dans le sol afin d'obtenir un profil hydrique par réflectométrie temporelle." Phd thesis, Université de la Réunion, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00646580.

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Abstract:

L'accès aux profils hydriques de sol est essentiel en agronomie et en hydrologie pour connaître l'état de la réserve en eau utilisable par les plantes et les transferts hydriques dans la zone non-saturée. Les techniques de mesures sont aujourd'hui encore très lourdes en main d'oeuvre et peu pratiques. Nous développons une méthode permettant de calculer le profil hydrique a partir de la courbe de signal réfléchi enregistrée par réflectométrie dans le domaine temporel (tdr) le long de guides d'onde (en général deux tiges métalliques parallèles pouvant mesurer jusqu'a 1 m) enfoncées dans le sol depuis la surface. Nous modélisons dans un premier temps la propagation mono dimensionnelle du signal émis par le réflectomètre dans un milieu stratifie donne, de caractéristiques diélectriques supposées stationnaires et lentement variables le long des guides. Nous aboutissons à un modèle temporel discret de calcul de courbes de signal réfléchi a partir d'un profil hydrique donne. Ce modèle simule remarquablement bien les résultats en milieux contrôlés de notre réflectomètre. Notre objectif étant inverse, nous avons explore deux voies pour l'atteindre : l'inversion du modèle de simulation, basée sur un algorithme de layer-peeling, et l'identification du profil via l'optimisation des paramètres d'entrée du modèle de simulation par algorithme génétique. Ces deux solutions donnent des résultats très satisfaisants en milieux contrôlés malgré les défauts du matériel de mesure mis en évidence. la seconde est plus lourde en temps de calcul mais permet de tenir compte d'un amortissement du signal que nous avons introduit dans le modèle de simulation. La première se révèle cependant presque aussi précise en milieu réel que les mesures d'humidité directes a différentes profondeurs par guides d'onde courts enterres et permet d'effectuer des bilans et des suivis de profils hydriques remarquablement fiable.

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Liu, Yuan. "Analyse de sensibilité et estimation de l'humidité du sol à partir de données radar." Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAD032/document.

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Abstract:

L’étude de la diffusion des ondes électromagnétiques par une surface rugueuse aléatoire est de première importance dans de nombreuses disciplines et conduit à diverses applications notamment pour le traitement des surfaces par télédétection. En connaissant les modes de rétrodiffusion, on peut détecter la présence de la rugosité aléatoire indésirable de la surface de réflection telle que le réflecteur d'antenne et par conséquent trouver un moyen de corriger ou compenser les erreurs de phase. Cette thèse porte sur l’obtention de l'humidité du sol de surface à partir de mesures radar. La description de la surface rugueuse de façon aléatoire est présentée, suivie par les interactions d'ondes électromagnétiques avec les média. En particulier, un modèle d'équation intégrale avancé (AIEM) est introduit. La validité du modèle AIEM, qui est adopté comme modèle de travail, se fait par une large comparaison avec des simulations numériques et des données expérimentales. On analyse également les caractéristiques des configurations radar bistatique et on étudie la sensibilité de la diffusion bistatique à l'humidité du sol et à la rugosité de surface et, dans le même temps, le cadre de la détermination de l'humidité du sol à partir de mesures radar utilisant un réseau de neurones à base de filtres de Kalman récurrents est présenté. La formation du réseau et l'inversion des données sont décrits
Electromagnetic waves scattering from a randomly rough surface is of palpable importance in many fields of disciplines and bears itself in various applications spanned from surface treatment to remote sensing of terrain and sea. By knowing the backscattering patterns, one may detect the presence of the undesired random roughness of the reflection surface such as antenna reflector and accordingly devise a means to correct or compensate the phase errors. Therefore, it has been both theoretically and practically necessary to study the electromagnetic wave scattering from the random surfaces. This dissertation focuses on the retrieval of surface soil moisture from radar measurements. The description of the randomly rough surface is presented, followed by the electromagnetic wave interactions with the media. In particular, an advanced integral equation model (AIEM) is introduced. The validity of the AIEM model, which is adopted as a working model, is made by extensive comparison with numerical simulations and experimental data. Also analyzes the characteristics of the bistatic radar configurations and dissects the sensitivity of bistatic scattering to soil moisture and surface roughness of soil surfaces. Meanwhile presents a framework of soil moisture retrieval from radar measurements using a recurrent Kalman filter-based neural network. The network training and data inversion are described in detail

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Jammali, Safa. "Analyse des signaux radars polarimétriques en bandes C et L pour le suivi de l'humidité du sol de sites forestiers." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2016. http://hdl.handle.net/11143/9526.

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Abstract:

Résumé : 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.

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Albergel, Clément. "Assimilation de données de télédétection dans le modèle ISBA-A-gs pour une analyse conjointe de la biomasse et de l'état hydrique du sol." Toulouse 3, 2010. http://thesesups.ups-tlse.fr/955/.

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Abstract:

L'utilisation de la télédétection spatiale a révolutionné notre compréhension du système Terre ces trente dernières années en particulier dans les domaines de la météorologie et de l'océanographie. L'utilisation de la télédétection en hydrologie est plus récente. Depuis le milieu des années 2000, plusieurs instruments micro-ondes (radiomètres et radars), offrent la possibilité de cartographier l'humidité des sols à l'échelle globale avec un temps de revisite de un à quelques jours. Des produits d'humidité du sol sont désormais élaborés dans un contexte opérationnel par EUMETSAT (à partir du diffusiomètre vent en bande C ASCAT), et le satellite SMOS (radiomètre en bande L) de l'ESA, conçu pour l'observation de l'humidité des sols, a été lancé en novembre 2009. Afin d'assurer l'utilisation de ces produits, il est important de développer des outils permettant d'améliorer les simulations des modèles des surfaces continentales à partir de données de télédétection. L'objectif de cette thèse est d'étudier dans quelle mesure l'utilisation de la télédétection peut améliorer les simulations du modèle ISBA-A-gs. Pour cela, la première étape a été d'évaluer la capacité du modèle à représenter les principales variables de surface, à savoir les flux d'eau, d'énergie et de carbone. L'utilisation des données du site expérimental de SMOSREX a permis d'améliorer la représentation de l'impact de l'humidité du sol sur les flux de carbone, plus particulièrement sur la respiration de l'écosystème. La seconde étape de cette thèse a été d'évaluer les produits d'humidité du sol dérivés de la télédétection satellitaire, à partir de données in situ. Les données d'humidité du sol à plusieurs profondeurs (5, 10, 20, 30cm) provenant du réseau de mesure SMOSMANIA ont permis d'effectuer la première évaluation du produit ASCAT. Les 12 stations SMOSMANIA localisées dans le sud-ouest de la France ont été utilisées. Cette étude a montré que la précision de ce produit est d'environ 0. 06m3m-3. Ces mesures in situ ont également permis d'évaluer la qualité de plusieurs produits d'humidité du sol issus de modèles : le modèle hydro-météorologique SIM et les analyses météorologiques opérationnelles de Météo France (modèle ALADIN) et du Centre Européen (système IFS). La confrontation d'une version de l'IFS qui assimile le produit ASCAT avec les données in situ montre un effet positif de l'assimilation des données ASCAT. .
The main goal of this thesis is to study how the use of remotely sensed data can improve the performances of the ISBA-A-gs Land Surface Model. Firstly the ability of ISBA-A-gs for modelling the main surface variables, water energy and carbon fluxes, has been evaluated. Then, in situ observations of surface soil moisture gathered from the SMOSMANIA soil moisture network of Météo-France were used to evaluate remotely sensed surface soil moisture. These in situ soil moisture measurements have been also used to evaluate various synthetics soil moisture products: from the SIM suite of models and operational analysis of Météo-France (ALADIN model) as well as from ECMWF (IFS system). Finally step the root zone soil moisture has been analyzed from observed surface soil moisture. A simplified extended Kalman filter has been coupled to ISBA-A-gs. In situ data is also used in order to demonstrate the positive impact of the joint assimilation of surface soil moisture and LAI observations on vegetation, water, energy and carbon fluxes. The recursive formulation of an exponential filter depending only on surface soil moisture to retrieve the variations of the root zone soil moisture was used with satisfactory results, also

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Lennoz-Gratin, Christiane. "Hydraulique à l'interface sol/drain : application à la prévision du risque de colmatage minéral des drains agricoles." Montpellier 2, 1989. http://www.theses.fr/1989MON20240.

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Abstract:

Les reseaux de drainage peuvent etre victimes d'accidents de fonctionnement compromettant leur perennite. Un des accidents les plus graves concerne le colmatage mineral des drains, c'est un phenomene irreversible. Il existe des criteres granulometriques pour la prevision du risque de colmatage mineral des drains agricoles, mais leurs limites ont ete souvent mises en evidence par la pratique du drainage. Prevoir le risque de colmatage mineral des drains implique le connaitre et de comprendre le comportement du sol pres du drain. Trois grands types de phenomenes ont ete mis en evidence a l'interface sol/drain: l'organisation des ecoulements dans le sol a l'approche du drain, l'action de l'eau en mouvement sur le sol traverse, le cycle sedimentation/erosion/transport des particules de sol a l'interieur du drain. Seuls les deux premiers phenomenes sont abordes dans la presente etude; ils permettent de comprendre la premiere partie du colmatage mineral interne des drains, c'est-a-dire la penetration de particules de sol par les perforations. Une serie d'experiences en cuve de sable couplee avec un modele numerique aux elements finis permet de visualiser l'organisation de l'ecoulement a l'interface sol/drain et de connaitre les valeurs maximales atteintes par le gradient hydraulique, donc d'evaluer les forces hydrodynamiques qui s'exercent sur les partiucles de sol. Parallelement, un test a ete mis au point qui permet d'evaluer la resistance des sols a l'action de l'eau s'ecoulant vers les perforations du drain. Les resultats des tests associes a des donnees de terrain permettent de proposer une typologie des comportements des sols

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Guimont, Sophie. "Devenir des pesticides dans les sols en fonction de l'état d'humidité et du mode de circulation de l'eau dans le sol." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2005. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL/2005_GUIMONT_S.pdf.

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Abstract:

La contamination des ressources en eau par les pesticides dépend de leur transfert dans le sol. L'objectif de notre étude est de préciser et de comprendre l'influence conjointe de l'eau (humidité et dynamique dans le sol) et du temps, sur le transfert vertical des pesticides dans les sols. Trois niveaux d'investigation ont été adoptés : une étude de la mobilité d'un pesticide (isoproturon) et d'un traceur de l'eau (bromure) en cases lysimétriques, des simulations de ces transferts par le modèle Agriflux© et une caractérisation de la dissipation de pesticides (isoproturon, bentazone) au laboratoire. A l'échelle du profil de sol, le suivi des quantités d'isoproturon et de bromure exportées par percolation a mis en évidence une variabilité corrélée à la différence de fonctionnement hydrodynamique des sols. Une hétérogénéité entre les répétitions de sol a également été observée. La simulation avec Agriflux a fourni des résultats cohérents avec les observations de terrain. L'utilisation du modèle a par ailleurs souligné l'importance des processus lents d'adsorption/désorption sur la disponibilité du pesticide au transfert dans l'eau mobile. Les expérimentations en laboratoire ont permis de montrer successivement : la relation entre l'humidité du sol au moment du traitement et la mobilité du pesticide ; puis l'entraînement par diffusion dans l'eau immobile intra-agrégat des molécules étudiées ; et enfin, l'effet du temps de résidence sur leur immobilisation croissante
The aqueous transfer of pesticides in agricultural soils involves their ability to potentially contaminate water resources. The present research focuses on the joint influence of the time and the water (humidity and dynamics in soil) on the downwards transfer of pesticides in soils. The investigation was led at three levels: the transfer of a pesticide (isoproturon) and a tracer (bromide) was studied within lysimeters, simulations of these transfers were carried out with the Agriflux© model, the dissipation of pesticides was characterised under controlled laboratory conditions. At the soil profile scale, exportations of isoproturon and bromide in percolates highlighted a variability between soils due to hydrodynamic differences. Heterogeneity between replicates was also obvious. The transfer simulations of these molecules with Agriflux provided results consistent with the lysimetric observations while stressing the slow adsorption/desorption kinetics effects on the availability of isoproturon to transfer in mobile water. Laboratory experiments showed that: the initial soil moisture is related to the pesticide mobility ; also that the products diffuse within intra-aggregates immobile water ; and that the residence time increases the immobilisation of the pesticide in the soil

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Jannot, Yves. "Production d'eau, d'air frais et conservation des produits par des procédés solaires rustiques : possibilités d'application en zone sahélienne." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1991. http://www.theses.fr/1991INPL076N.

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Abstract:

Nous étudions dans ce rapport les possibilités d'amélioration des conditions de vie en zone sahélienne par utilisation de procédés solaires rustiques à savoir : 1) la production d'eau par captage de l'humidité atmosphérique ; 2) la production d'air frais par refroidissement évaporatif direc t ; 3) la conservation des produits agricoles par utilisation de séchoirs solaires indirects. Cette étude nous conduit à un rejet du premier procédé, pour des raisons de cout et d'encombrement. Elle nous permet par contre de montrer tout l'intérêt présenté par les deux autres en zone sahélienne. Cette conclusion est confirmée par les résultats d'expérimentation d'un ventilo-humidificateur et d'un séchoir solaire indirect à convection naturelle

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Lescure, Chantal. "Relation bassin versant-étang : étude quantitative de l'azote inorganique dans les échanges atmosphère-sol-eau." Lyon 1, 1987. http://www.theses.fr/1987LYO11740.

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Abstract:

Etude realisee sur l'agroecosysteme de la dombes, grace a des experiences en laboratoire et des etudes in situ: analyse de la fixation de l'azote, mesure du transfert de l'azote ammoniacal et nitrique du basin versant vers les etangs, etude de la conservation du nitrate dans l'eau du bief, mesure du potentiel de denitrification dans l'eau et les sediments

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Kolassa, Jana. "Soil moisture retrieval from multi-instrument satellite observations." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066392.

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Abstract:

Dans cette thèse, un algorithme de restitution à base de réseaux de neurones a été développé afin d’estimer l’humidité du sol à partir d’une combinaison d’observations satellitaires en micro-ondes, infrarouge et visible. Une estimation globale des valeurs mensuelles d’humidité du sol a été obtenue pour la période 1993-2000 et est fournie sur une grille à pixel de surface constante avec une résolution équatoriale de 0,25 ◦. Cette estimation de l’humidité du sol a été évaluée avec des données modélisées, des données de télédétec- tion et des observations in situ et a montré une bonne performance à différentes échelles spatiales et temporelles. Une analyse de contenu en information a montré que chacune des différentes observations satellites contribue à une information différente sur l’humidité du sol, avec les données micro-ondes actives plus sensibles à l’évolution temporelle et les données infrarouges thermiques reproduisant mieux les structures spatiales. En outre, une analyse de synergie a révélé que la combinaison de toutes les observations permet une réduction de l’incertitude de restitution de plus de 18 % et que la méthode des réseaux de neurones exploite de manière optimale la synergie des observations par comparaison avec autres approches. Une analyse a démontré la cohérence de l’humidité du sol resti- tuée avec d’autres produits satellitaires réprésentatifs d’autres paramètres hydrologiques (inondations, précipitations) à l’échelle du globe. Cela souligne le potentiel de nôtre jeu de données d’humidité du sol pour les études du cycle de l’eau terrestre. Enfin, il a été démon- tré que la méthode de réseaux de neurones proposée, constitue également un outil efficace pour évaluer les modèles de surface continentale ainsi que la modélisation des processus
In this thesis, a neural network based retrieval algorithm has been developed to compute surface soil moisture from a combination of microwave, infrared and visible satellite obser- vations. A global estimate of monthly mean soil moisture values has been computed for the period 1993-2000 and is provided on an equal-area grid with an equatorial resolution of 0. 25◦. This soil moisture estimate has been evaluated against modelled, remotely sensed and in situ observations and was found to perform well on different spatial and temporal scales. An information content showed that each of the various satellite observations con- tributes information about a different soil moisture variation, with the active microwave data being more sensitive to the temporal evolution and the thermal infrared data better capturing the spatial patterns. Furthermore, a synergy analysis revealed that the combina- tion of all observations permits a reduction of the retrieval uncertainty by more than 18% and that the neural network methodology optimally exploits the synergy of observations compared to other approaches. A joint analysis of various remotely sensed datasets of ter- restrial water cycle components demonstrated the coherence of the retrieved soil moisture with other retrieval products and with global hydrological processes. This underlined its potential to be used for observation-based studies of the terrestrial water cycle. Finally, it has been shown that the proposed neural network methodology also provides an effective tool to evaluate Earth System Models on both a variable and a process basis

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Lencrerot, Raphaël. "Outils de modélisation et d'imagerie pour un scanner micro-onde : application au contrôle de la teneur en eau d'une colonne de sel." Aix-Marseille 3, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX30034.

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Abstract:

L'évaluation de la teneur en eau est actuellement un objectif important pour la caractérisation des sols et la compréhension des mécanismes liés au transfert hydrique et à l'absorption racinaire. Il existe un lien entre les variations de la teneur en eau et la permittivité des sols. L'objectif de ces travaux est d'exploiter ce couplage pour définir un protocole d'imagerie active micro-onde d'un monolithe. En effet, lorsqu'une onde électromagnétique rencontre un objet ayant des dimensions caractéristiques de l'ordre de sa longueur d'onde, celle-ci après interactions, va induire un courant qui à son tour générera un champ électromagnétique diffracté. La mesure de ce champ va permettre de revenir aux informations relatives à l'objet, en particulier sa permittivité. Nous nous appuyerons ici sur un système de mesure hyperfréquence constitué d'une cavité métallique cylindrique. Il a donc fallu mettre au point des outils numériques de modélisation et d'imagerie permettant de décrire le phénomène de diffraction dans un tel environnement. L'imagerie micro-onde quantitative est un problème inverse non-linéaire mal posé. De plus, les mesures du champ électromagnétique sont perturbées, ce qui va induire de l'instabilité dans le problème inverse. C'est pourquoi il est nécessaire de mettre en place un algorithme itératif avec ajout d'informations a priori (polynômes de Zernike) pour obtenir une solution stabilisée. Des reconstructions obtenues à partir de champ mesurés sur différents fantômes sont discutées. De plus, les informations fournies par l'étude du comportement de l'opérateur de diffraction renseignent sur la quantité de données accessibles et les informations a priori qui peuvent être légitimes deconsidérer
Soil moisture information is a key variable for describing water and energy exchanges at the plant root/surface/air interface. Intensive effort has been undertaken to provide non-invasive geophysical methods, in particular using microwave sensors. Indeed, the real and imaginary part of the soil dielectric constant is linked to its volumetric water content as well as its salinity. The goal of the current project is to demonstrate the potentiality of a non-invasive microwave imaging system for water content monitoring. The interaction between an electromagnetic. Wave and a target of the order of a wavelength results in a scattered wave, which depends on the target properties. The measurement of this field will allow to retreive information about the scatterer, in particular its dielectric permittivity. This study will exploit the experimental circular scanner currently developed at Institut Fresnel which presents a simplified configuration adequate for monoliths monitoring. Modelling and imaging numerical tools have been specifically created for such application. In particular, performing quantitative microwave imaging is a nonlinear ill-posed problem. Moreover, the measured fields are perturbated with noise. Therefore, all available a-priori information are of great importance to stabilize the solution. To this hand, we have implemented a Zernike polynomials representation and worked on the calibration procedure. The reconstructed permittivity maps obtained from experimental measured fields will be presented and discussed. We have also perform some theoretical studies based on the properties of the scattering operator, in order to gain quantitative ideas on the a priori information which are relevant to consider as well as the amount of information which were available

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Dissertations / Theses on the topic 'Humidité du sol – Conservation'

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