Un nouveau produit opérationnel dédié à l’humidité en zone racinaire

Comment déterminer le stock d’eau dans la zone racinaire ?

La zone racinaire est cruciale pour le développement de la végétation comme le suivi de son humidité

La connaissance de l’humidité du premier mètre de sol est d’une utilité majeure pour de nombreux services écosystémiques et applications avales. Cette couche du sol constitue le réservoir principal d’eau des cultures. Un manque d’eau dans la zone racinaire déclenche un stress hydrique de la végétation et diminue le rendement. La zone racinaire en milieu humide est aussi un lieu débordant de vie présentant une activité biologique soutenue. Du point de vue hydrologique, elle se situe à l’interface des processus de ruissellement, de transpiration de la végétation et de recharge des eaux souterraines. Elle constitue ainsi une composante de la zone critique, par excellence.

Un nouveau produit opérationnel

Le Centre d’Études Spatiales pour la Biosphère (CESBIO) a mis en place un algorithme qui permet de déduire l’humidité de la zone racinaire à partir de l’humidité de surface (0-5 cm) estimée à partir des données du satellite SMOS (CNES, ESA). SMOS est le premier satellite d’observation de la terre dédié à la mesure de l’humidité du sol grâce à son radiomètre interférométrique 2D bande-L (1.4 GHz). Depuis janvier 2010, il permet d’observer l’humidité du sol en surface (0-5 cm), deux fois (en orbite descendante et ascendante) tous les trois jours au niveau de l’équateur et à l’échelle du globe.

L’algorithme pour l’estimation de l’humidité en zone racinaire présente la caractéristique de prendre en entrée uniquement les humidités du sol en surface. Aussi, l’algorithme prend en compte la texture du sol dans la fonction de transfert de la surface aux différentes couches du sol. Le produit obtenu contient l’humidité de la zone racinaire en m³/m³ avec un indicateur de qualité prenant en compte la présence d’interférence radio, la présence de forêt dense et la période entre les mises à jour du produit. Cette durée est impactée par différents phénomènes comme, par exemple, le gel du sol.

Un processeur basé sur l’algorithme en question a été préparé par les ingénieurs du CESBIO pour une implémentation opérationnelle au Centre Aval de Traitement des Données SMOS (CATDS). Il a été configuré par les ingénieurs du Centre de Production (C-PDC) du Centre Aval de Traitement des données SMOS (CATDS) à l’Ifremer. Aujourd’hui, le produit journalier L4RZSM (Figure 1) est disponible aux utilisateurs via le site web du CATDS.

Les utilisateurs ont aussi accès à une base de dix ans d’humidité en zone racinaire via le produit recherche en attendant un retraitement homogène de toute la série SMOS en 2021.

Le produit est fourni sur la grille EASE2 à 25 km en cohérence avec l’échantillonnage du produit d’humidité de surface en entrée. La revisite élevée de SMOS permet de mettre à jour l’humidité dans les couches de la zone racinaire de façon fréquente.

Ce produit intègre le CES Humidité de surfaces de Theia avec un accès à l’humidité de la zone racinaire. Il est distribué avec une licence (Creative Common) comme l’ensemble des produits CATDS. Dans une prochaine étape, l’application à des données d’humidité de surface plus hautes résolutions issues de la fusion multi-capteurs permettrait de fournir un produit d’humidité de zone racinaire à une résolution sub-kilométrique.

Les applications autour de la zone racinaire

Les applications sont multiples. En premier, nous citerons le suivi de la sécheresse agricole. L’agriculture utilisant à elle seule 70 % des quantités d’eau extraite de l’environnement selon la FAO, le suivi de la sécheresse agricole est primordial. De plus, la sécheresse se manifestant généralement à une échelle régionale, ce produit est particulièrement adapté.

D’ores et déjà, une base de données des anomalies de l’humidité dans la zone racinaire est disponible aux utilisateurs. L’analyse de ces anomalies permet de montrer l’intensité des sécheresses en 2019 au Brésil et en Australie qui ont conduit à de gigantesques incendies de forêt (Figure 2).

Figure 2. La comparaison des données entre 2015 et 2019 permet de documenter le lien entre la sécheresse en Amazonie et en Australie et l’ampleur des feux de forêts qu’ont connu les deux zones quelques mois plus tard.

D’autres applications concernent l’évaluation de la capacité de dénitrification des sols humides ECOLAB/CESBIO/OMP). En effet, le sol joue un rôle majeur dans la transformation biogéochimique de l’eau et une évaluation globale de ces processus est nécessaire. Le CESBIO travaille actuellement en collaboration avec des instituts Internationaux (IPH, Brésil ; IISc Bangalore, Inde) sur l’apport de ces données dans la calibration des modèles hydrologiques à large échelle et le suivi de sécheresse opérationnel.

Contact

Contributeurs : Ali MAHMOODI (CESBIO), Yann KERR (CNES) et Stéphane TAROT (Ifremer)