D ´etermination des variables m ´et ´eorologiques n ´ecessaires au cal-

L’environnement d’une feuille est d ´ecrit par des param `etres m ´et ´eorologiques tels que (1) le rayonnement solaire, (2) la temp ´erature de l’air, (3) l’humidit ´e relative de l’air (ou sa pression de vapeur) et (4) la vitesse du vent (Gates et Papian, 1971; Gates, 1985).

La pr ´esence de la canop ´ee, constitu ´ee de feuilles, de tiges et de branches, influence l’environnement d’une feuille particuli `ere. La temp ´erature de l’air, la vitesse du vent, l’humidit ´e relative de l’air et le rayonnement autour de la feuille ne sont pas ´egaux aux valeurs mesur ´ees au-dessus de la canop ´ee.

Dans les sections suivantes, nous allons d ´ecrire les param ´etrisations utilis ´ees pour d ´eterminer les valeurs au sein de la canop ´ee de chacune de ces variables, `a l’exception du rayonnement solaire qui a ´et ´e discut ´e pr ´ec ´edemment (Cf. Sous-section 2.3.1).

La temp ´erature de l’air dans la canop ´ee,T_air(z)

La distribution verticale de la temp ´erature de l’air dans la canop ´ee est complexe. Les conditions thermodynamiques et l’humidit ´e du sol exercent une influence sur les flux de chaleur et d’humidit ´e dans le couvert v ´eg ´etal et d ´ependent en g ´en ´eral de la hauteur (Rauner , 1977; Lamb et al., 1993). La distribution de T_air(z) ne peut ˆetre approch ´ee par une simple loi logarithmique ; laquelle est seulement valable au-dessus de la ca-nop ´ee. Des analyses de donn ´ees exp ´erimentales (Rauner , 1977) ont montr ´e que les profils de temp ´erature peuvent se r ´eduire `a certains types g ´en ´eralis ´es (Figure 2.10). Les inversions de temp ´erature sont plus couramment trouv ´ees (type a) pour une humi-dit ´e substantielle du sol et des valeurs ´elev ´ees de l’indice de surface de feuille. Dans la moiti ´e sup ´erieure de la canop ´ee, des gradients n ´egatifs peuvent apparaˆıtre, tandis que l’inversion se maintient dans la partie inf ´erieure (type b). Si le couvert v ´eg ´etal est peu dense, la surface du sol peut chauffer sous l’effet de la p ´en ´etration du rayonnement, ce qui conduit `a des gradients n ´egatifs dans les couches inf ´erieures, tandis que l’inversion est maintenue dans les couches sup ´erieures (type d). Dans le cas d’une canop ´ee peu dense, la d ´ecroissance de la temp ´erature avec la hauteur peut se produire dans toutes les couches (type e). Finalement, des profils isothermes peuvent se produire (type c).

Les conditions m ´et ´eorologiques influencent aussi la distribution de la temp ´erature de diff ´erentes mani `eres. Par exemple, en cas de forte turbulence et d’un faible gradient de temp ´erature, des profils verticaux adoucis se produisent. Par contre, lorsque l’air est chaud et que la vitesse du vent est faible, le profil de temp ´erature est beaucoup plus chaotique. Etant donn ´ee la tr `es grande d ´ependance au type de v ´eg ´etation, `a la densit ´e de feuillage et aux variables m ´et ´eorologiques, nous supposerons, par d ´efaut, que la temp ´erature de l’air dans la canop ´ee reste constante et ´egale `a la temp ´erature de l’air au sommet.

T_air(z) =T_air(h_c) [K] (2.54) o `u

T_air(z)est la temp ´erature `a la hauteurz dans la canop ´ee [K] et

T_air(h_c) est la temp ´erature au sommet de la canop ´ee [K], c- `a-d `a la hauteur h_c de la canop ´ee.

Cette simplification sera test ´ee aux chapitres suivants.

z(m) h_c 0.5h_c a b _c e d + + + -T air(°C)

FIG. 2.10: Profils verticaux typiques de la temp ´erature dans une canop ´ee, d’apr `es

Rau-ner (1977).

L’humidit ´e relative dans la canop ´ee,RH(z)

De m ˆeme que la temp ´erature, la pression de la vapeur d’eau dans l’air d ´epend forte-ment des conditions thermodynamiques au sein de la canop ´ee et d ´etermine la distribu-tion verticale de l’ ´evapotranspiradistribu-tion de la masse v ´eg ´etale, ainsi que l’humidit ´e du sol. On peut approcher les valeurs de l’humidit ´e relative de l’air dans la canop ´ee par :

RH(z) = RH(h_c) +δ_RH(h_c−z) [%] (2.55) o `u

RH(z)est l’humidit ´e relative `a la hauteurz dans la canop ´ee [%],

RH(hc)est l’humidit ´e relative au sommethcde la canop ´ee [%] et

δ_RH est le gradient d’humidit ´e relative [% m⁻¹]. Il est estim ´e `a environ 0.4 % m⁻¹ (Cf. Chapitre 4).

La vitesse du vent dans la canop ´ee, u(z)

Le vent soufflant sur une canop ´ee est ralenti par le frottement important avec la surface rugueuse que constitue la canop ´ee. La vitesse moyenne du vent (composante horizontale,u) varie logarithmiquement, en conditions neutres, avec l’altitude au-dessus de la canop ´ee. Cette loi logarithmique d ´epend des ´el ´ements caract ´eristiques de la sur-face rugueuse (Cowan, 1968; Businger , 1975; Thom, 1975; Tajchman, 1981; Campbell, 1981; Monteith et Unsworth, 1990), comme par exemple, la longueur de rugosit ´e (z₀), la hauteur de d ´eplacement (d) et la vitesse de friction (u∗) (Cf. Figure 2.11). Pour de plus amples informations, nous invitons le lecteur `a consulter Arya (1988); Stull (1999).

Dans la canop ´ee, l’att ´enuation de la vitesse du vent suit une loi exponentielle, due `a la pr ´esence des feuilles (Cionco, 1965, 1972, 1978; Raupach, 1988; McNaughton, 1995; Parker , 1995). La vitesse du vent est alors donn ´ee par

u(z) =u(hc) exp (atu( ^z

h_c ^{−1)) [m s}

−1] (2.56)

o `u

u(z)etu(h_c)sont respectivement la vitesse du vent `a la hauteurzdans la canop ´ee et `a la hauteur de la canop ´ee [m s⁻¹] et

at_uest le coefficient moyen d’att ´enuation du vent dans la canop ´ee (sans dimension). Ce coefficient moyen est fonction de la flexibilit ´e des ´el ´ements de la canop ´ee, de la quantit ´e de feuillage et de la densit ´e des divers ´el ´ements constituant la canop ´ee. Ce coefficient moyen sur la canop ´ee enti `ere varie entre 0.5 et 5 selon le type de canop ´ee. L’Annexe C donne les valeurs de ce coefficient moyen adopt ´e pour chaque type de v ´eg ´etation du mod `ele MOHYCAN. En pratique, ce coefficient moyen est ajust ´e pour tenir compte de la variation d’une couche `a l’autre en fonction de la quantit ´e de feuilles pr ´esentes dans la couche consid ´er ´ee et de l’ ´epaisseur de cette couche, c- `a-d (Cionco, 1965; Businger , 1975; Rauner , 1977; Raupach et Thom, 1981; Raupach, 1988) :

atu,j =αu £ Lj(∆zj)^2¤1/3 avec atu = n X j=1 atu,j, n ´etant le nombre de couches dans la canop ´ee

o `u

atu,j est le coefficient d’att ´enuation de la vitesse du vent dans la couchej,

α_u est un coefficient de proportionnalit ´e ind ´ependant de la couchej,

L_j est la quantit ´e de feuilles dans la couchej sp ´ecifi ´ee par l’indice de surface de feuille (LAI) de la couche [m²_feuillem⁻_sol²] et

∆z_j est l’ ´epaisseur de la couche j [m]. Dans le mod `ele, chaque couche a la m ˆeme ´epaisseur.

Le coefficientα_u est alors d ´etermin ´e comme

α_u = _Pn ^atu

j=1

L¹_j^/3(∆z_j)2/3

La relation (Eq.: 2.56) est valable uniquement dans la canop ´ee (feuillage). En-dec¸ `a, la loi logarithmique est `a nouveau d’application, en adaptant les diff ´erents param `etres aux caract ´eristiques du sol.

z u z 0 d h c 0

FIG. 2.11: Profil vertical du vent au-dessus et dans une canop ´ee, d’apr `es Stull (1999).

Les param `etres z₀ et d sont respectivement la longueur de rugosit ´e et la hauteur de d ´eplacement dans la param ´etrisation de la vitesse du vent au-dessus de la canop ´ee.