Les travaux présentés dans ce chapitre s’appuient largement sur des mesures de températures en infrarouge thermique réalisées sur le site du Bray. Il s’agit de mesures effectuées à l’aide d’une caméra IRT soit à partir de la tour équipant le site pour caractériser les éléments fins du couvert, soit en aéroporté de façon à caractériser le comportement directionnel du peuplement dans son ensemble.
3.3.1 Les mesures IRT aéroportées
L’acquisition et le traitement de ce type de mesures a déjà été évoqué au chapitre 2.3 ‘Méthodologie’. Les mesures aéroportées analysées ici ont été acquises à l’aide d’une caméra IRT INFRAMETRICS M760 au cours de 3 vols réalisés le 4 septembre 1996 à divers moments de la journée autour de 11:30, 13:00 et 16:00TU de façon à disposer d’une gamme de configurations variées en terme de position solaire. Le lecteur trouvera tous les détails dans Lagouarde et al. (2000). Les caractéristiques en sont données dans le tableau 3.1.
La journée du 4 septembre 1996 est une journée de conditions bien ensoleillées, sans précipitations ni passages nuageux, avec une température d’air et une vitesse du vent moyennes de ∼24°C et ∼2ms-1
. La figure 3.5 montre la température de l’air, le rayonnement global et la vitesse du vent pour la journée du 4 septembre. Les conditions sont relativement
Figure 3.4 : Site du Bray avec sa tour de mesures de flux (CO2, H2O, rayonnement…) (gauche) et vue du sol (droite).
sèches, aucune précipitation n’ayant été notée les jours précédents les mesures. La dernière précipitation (2.8mm) remonte à la date du 29 août (cf. figure 3.6). Les mesures aéroportées se situent bien dans une période sans précipitation.
Tableau 3.1 : Date et heure des vols avion sur le Bray avec leur configuration solaire (les angles indiquent le début et la fin de chaque vol).
Date Heure (LST) Heure (TU) Angle azimutal du soleil φs (°) Angle zénithal du soleil θs (°) 04-09-96 (vol 1) 11:20 – 11:53 11:22 – 11:55 164.0 – 177.1 38.6 – 37.6 04-09-96 (vol 2) 12:53 – 13:36 12:55 – 13:38 201.0 – 216.2 39.3 – 43.0 04-09-96 (vol 3) 15:38 – 16:09 15:40 – 16:11 248.5 – 254.9 60.2 – 65.4
Figure 3.5 : Conditions météorologiques du 4 septembre 1996 : température de l’air, rayonnement global et vitesse du vent (de haut en bas). Les traits indiquent l’heure des trois vols.
3.3.2 Les mesures au sol
Une campagne de mesures de température de surface au sol a été effectuée en août 1998 pendant 6 journées sur la parcelle du Bray (tableau 3.2). Ces mesures ont été effectuées à l’aide de la même caméra IRT INFRAMETRICS M760. La tour instrumentée de 40m a permis d’accéder aux houppiers.
Tableau 3.2 : Date et heure des mesures in situ sur le Bray.
Date Heure (TU)
05-08-98 13:25 – 14:04 06-08-98 12:26 – 13:58 07-08-98 09:15 – 10:40 & 13:47 – 15:05 14-08-98 13:45 – 15:07 27-08-98 09:02 – 10:21 28-08-98 12:20 – 13:34
Le but était de caractériser à échelle fine la variabilité des températures de surface des éléments végétaux au sein du couvert de pins, en particulier celle des aiguilles exposées au soleil et celle des aiguilles à l’ombre. Des mesures de température des troncs et de la végétation au sol ont également été faites. Ces mesures étaient destinées à faciliter a
posteriori l’interprétation des mesures aéroportées de températures directionnelles par avion. Le fait que les années diffèrent (mesures avion en 1996, mesures au sol en 1998) n’est pas ici critique, les dates de mesure ayant été choisies sur la même période de l’année et sous des conditions météorologiques et hydriques très similaires (voir figure 3.7). Le rôle de ces mesures était en effet seulement de conforter le modèle de transfert MuSICA et d’évaluer ses sorties en température alors qu’il n’avait jusqu’alors été validé qu’en termes de flux (voir § 3.5.5).
Figure 3.6 : Précipitation journalière du 1 août au 15 septembre 1996 mesurée au Bray. La date des mesures avion est indiquée par un trait.
Figure 3.7 : Précipitation journalière du 1 juillet au 31 août mesurée au Bray. Les jours des mesures in situ sont indiqués par des flèches.
Les mesures ont été acquises en enregistrant pendant quelques secondes (une trentaine environ pour prendre en compte les fluctuations de température liées aux fluctuations des conditions micrométéorologiques au voisinage immédiat des surfaces étudiées) des séries d’images à une fréquence de 1Hz. Les images sont ensuite analysées manuellement pour calculer la température moyenne et son écart-type par classe d’élément de couvert. Ce travail est rendu très délicat du fait de la taille souvent petite des objets (aiguilles ou tiges de Molinie) en regard de la résolution de la caméra et de la difficulté qui en résulte d’isoler des pixels purs. Les déterminations des températures à l’ombre sont les plus fiables : les échantillons observés se situent en général en totalité dans des zones d’ombres portées de taille importante et présentent de ce fait une variabilité interne des températures faible. Les échantillons au soleil en revanche sont beaucoup plus hétérogènes et présentent une très grande diversité de températures à micro-échelle rendant aléatoire l’extraction de températures pures. Cela apparaît clairement lorsque l’on compare deux échantillons de végétation couvrant le sol (cf. fig. 3.8a et 3.8b). Les figures suivantes fournissent quelques exemples d’images acquises.
De par leur structure relativement simple, l’extraction des températures de surface sur les troncs est assez aisée pour les parties ensoleillées comme pour les parties à l’ombre (fig. 3.8c et 3.8d).
La détermination des températures des aiguilles au soleil est sans conteste la plus délicate pour les mêmes raisons que celle de la Molinie. En plus des images à courte distance acquises pour tenter d’isoler des éléments fins (fig. 3.8e et 3.8f), une tentative a été faite d’acquérir des images de houppiers majoritairement éclairés ou ombrés (fig. 3.8g et 3.8h). Leur interprétation n’en a pas été facilitée car on se heurte encore à cette échelle au problème de l’intégration d’un mélange de taches de lumière et d’ombre qui masque une bonne partie du contraste thermique existant entre des éléments fins.
(g)
(e)
(c)
(a)
sol à l’ombre sol au soleil
tronc à l’ombre tronc au soleil
rameaux à l’ombre rameaux au soleil
houppier à l’ombre houppier au soleil
Figure 3.8 : Exemple d’images prises par la caméra INFRAMETRICS M 760 à l’ombre et au soleil en août 1998 sur la parcelle du Bray : Molinie (a, b), tronc (c, d), rameaux (e, f), houppiers (g, h).