Mesure de l’´ energie disponible

et´e remplac´ee par un mod`ele plus r´ecent `a partir de juillet 2007. La station poss`ede 6 capteurs : un pyranom`etre pour mesurer le rayonnement global, un thermom`etre pour mesurer la temp´erature de l’air `a 2 m, un hygrom`etre pour l’humidit´e relative de l’air et un an´emom`etre `a coupelles et girouette pour mesurer la vitesse et la direction du vent. Le dernier capteur concerne la pluie qui est mesur´ee par un pluviom`etre. L’information en provenance d’une deuxi`eme station faisant partie du r´eseau M´et´ eo-France situ´e `a P´ezenas `a 10 km de la station de Roujan et en bordure du bassin versant de la Peyne (zone d’´etude) a ´et´e utilis´ee pour estimer la variabilit´e spatiale de variables m´et´eorologiques. Les r´esultats de cette analyse seront expos´es au chapitre 5.

2.3.2.2 Mesure de l’´energie disponible

L’´energie disponible correspond `a la diff´erence entre le rayonnement net et le flux de chaleur dans le sol. Le rayonnement net correspond au bilan radiatif `a la surface selon l’´equation 2.10 :

Rn= (1−αs)Rg+εs(Ra−σT_s⁴) (2.10)

o`uα_sest l’alb´edo,R_gest le rayonnement global,R_aest le rayonnement atmosph´erique,

ε_s est l’´emissivit´e de surface, etT_s la temp´erature de surface.

L’´energie disponible pour la surface terrestre correspond alors au r´esultat du bilan des rayonnements re¸cus et perdus par le sol par conduction thermique. Cette ´energie est utilis´ee par la photosynth`ese (moins de 1%) mais surtout par `a l’´evaporation et `a la transpiration des plantes (74%) et aux ´echanges de chaleur par convection (25%) (Chamayou,1994).

Le rayonnement net peut ˆetre mesur´e directement par un bilanm`etre sur un site ponctuel ou peut ˆetre estim´e `a partir de l’information t´el´ed´etection. Dans notre ´etude nous avons eu recours aux deux m´ethodes. Le rayonnement net a donc ´et´e mesur´e en continu sur l’une des parcelles de vigne du site 6 (figure2.13) grˆace un bilanm`etre CNR1 (Kipp and Zonen). Celui-ci ´etait plac´e juste au dessus le rang de vigne `a une hauteur de 2 m, seul endroit possible pour mesurer en continu le rayonnement net sur vigne en consid´erant les passages de tracteurs. Un deuxi`eme appareil du type NRLite (Kipp and Zonen) a ´et´e plac´e sur le site 7 pendant plusieurs jours des saisons 2007-2008, `a

2. CADRE EXP ´ERIMENTAL DE L’ ´ETUDE

une hauteur variant entre 2 et 2.5 m. Cette fois le bilanm`etre `a ´et´e plac´e `a 65 cm du rang, de fa¸con `a capturer le signal composite sol-v´eg´etation. Le pas de temps de mesure ´

etait d’une seconde et les mesures ´etaient int´egr´ees toutes les 15 minutes. Les valeurs de coefficient d’´etalonnage constructeurs ont ´et´e appliqu´ees `a chacun de ces appareils. Pour le calcul du rayonnement net `a partir des mesures de t´el´ed´etection il faut consid´erer qu’il est compos´e de plusieurs variables (eq 2.10). Ceux-ci implique qu’un certain nombre de calculs interm´ediaires sont n´ecessaires pour estimer le rayonnement net. Pour cela nous avons utilis´e des formulations d´ecrites dans la litt´erature utilisant l’information t´el´ed´etection.

– Alb´edo : `a la base, il a ´et´e calcul´e `a partir de l’´equation de Liang et al. (2003) (Eq.2.11) qui a publi´e une revue des coefficients pour le calcul des alb´edos, valid´es par des mesures de terrain, pour plusieurs types de capteurs de t´el´ed´etection. Dans cette ´etude un R² de 0.84 et une erreur relative de 0.019 a ´et´e obtenue, ce qui nous a conduit `a retenir cet algorithme :

αs= 0.484α1+ 0.335α3–0.324α5+ 0.551α6+ 0.305α8−0.367α9−0.0015 (2.11) o`uα_icorrespondent aux bandes ASTER (voir tableau2.2) et les coefficients sont sp´ecifiques au capteur ASTER.

Apr`es la d´efaillance du capteur SWIR d’ASTER `a partir de mai 2008, les bandes 5, 6, 8 et 9 ont ´et´e indisponibles ce qui nous a oblig´e `a une adaptation pour obtenir un alb´edo coh´erent avec celui deLiang et al.(2003). Pour cela nous avons eu recours `a l’algorithme utilis´e et valid´e parWeiss et al. (1999) (´equation 2.12) qui utilise deux bandes, une du visible et une du proche infra-rouge.

α_s2 = 0.57ρ_red+ 0.42ρ_nir (2.12)

o`uρredrepr´esente la bande spectrale du rouge etρnir celle du proche infrarouge. Dans notre cas nous les avons remplac´ees par la bandesα2 etα3 respectivement (voir tableau2.2).

Nous avons utilis´e l’information de toutes les images ant´erieures `a mai 2008, in-cluant les images d’archives, pour obtenir une r´egression entre les deux m´ethodes de calcul, en incluant tous les pixels de toutes les images disponibles. La droite

2.3 D´emarche de validation

Fig.2.9: R´egression entre l’ensemble des alb´edos calcul´es par la m´ethode deLiang et al. (2003) et la m´ethode Weiss et al. (1999). Les coefficients pour la pente et offset sont repr´esent´es ainsi que l’erreur RMSE et l’erreur relative RRMSE.

de r´egression suivante a ´et´e obtenue (Fig. 2.9) avec un coefficient de corr´elation R de 0.90, un RMSE de 0.012 et un RMSE relatif de 6%. Les alb´edos des images post´erieures `a mai 2008 ont ´et´e calcul´es par la m´ethode deWeiss et al.(1999) et corrig´es `a l’aide de cette r´egression.

– ´Emissivit´e : le calcul de l’´emissivit´e a ´et´e r´ealis´e en utilisant la formule d´evelopp´ee parOgawa et al.(2003) (Eq. 2.13) pour les bandes ASTER. L’auteur utilise l’in-formation multispectrale du capteur infrarouge thermique ASTER en consid´erant toutes les bandes :

ε= 0.014α₁₀+ 0.145α₁₁+ 0.241α₁₂+ 0.467α₁₃+ 0.004α₁₄+ 0.128 (2.13) o`uα_icorrespondent aux bandes ASTER (voir tableau2.2) et les coefficients sont sp´ecifiques au capteur ASTER. Des cartes d’´emissivit´e pour chaque passage

AS-2. CADRE EXP ´ERIMENTAL DE L’ ´ETUDE

TER ont ´et´e ainsi calcul´ees.

– Rayonnement atmosph´erique : la formulation de Brutsaert (1975) a ´et´e utilis´ee dans cette ´etude (´equation2.14). Cette fois, il ne s’agit pas d’une variable spatia-lis´ee mais d’une variable unique pour toute la zone d’´etude calcul´e `a partir des donn´ees de la station m´et´eorologique du site 6 `a l’heure des passages satellite.

Ra= 1.24(^10ea

Ta ⁾

1/7σTa (2.14)

Dans cette ´equation ea d´esigne la pression partielle de vapeur d’eau (kPa) et Ta

la temp´erature de l’air (K), les deux mesur´ees `a 2 m sous abri, tandis que σ est la constante de Stefan-Boltzmann.

A partir des variables calcul´ees pr´ec´edemment, des cartes de rayonnement net peuvent ˆetre produites pour chacune des dates de passage ASTER grˆace `a l’´equation

2.10. Cette approche de calcul spatial du rayonemment net a ´et´e valid´ee dans plusieurs travaux (Bastiaanssen et al.,1998b;Gomez et al.,2005;Jacob et al.,2002a;Su,2002;

Timmermans et al.,2007). Des cartes de rayonnement net sont alors produites comme celle pr´esent´ee dans la figure2.10.

La seconde composante de l’´energie disponible `a la surface terrestre est le flux de chaleur dans le sol (G<sub>0</sub>). Il repr´esente entre 10 `a 30 % du rayonnement net, et il peut ˆ

etre relativement important dans un contexte viticole o`u le sol nu repr´esente plus de la moiti´e de la surface expos´ee. Le flux G<sub>0</sub> est caract´eris´e par des variations spatiales au sein de la parcelle importantes puisque sa valeur est fortement d´ependante de la position par rapport aux rangs de vigne. Sa valeur sera fortement influenc´ee par la pr´esence d’enherbement mais aussi par l’´etat de surface dans l’inter-rang c’est `a dire si le sol a ´et´e travaill´e ou non.

Dans notre ´etude, des capteurs de flux de chaleur dans le sol (G0) ont ´et´e install´es sur deux de nos sites. Un premier point de mesure ´etait situ´e sous la vigne d’une des parcelles du site 6. Comme pour les mesures de rayonnement net, l’installation de celui-ci a ´et´e conditionn´e par les passages des machines dans l’inter-rang ne permettant d’avoir une mesure continue du flux de chaleur dans le sol que seulement sous le rang. L’appareil HFPø1(Huskeflux) a ´et´e install´e `a 5 cm de profondeur en essayant de ne pas

2.3 D´emarche de validation

Fig. 2.10: Carte et histogramme du rayonnement net du 22 juin 2008 (W.m2) sur le bassin versant de la Peyne.

perturber la structure du sol. Aucune correction a ´et´e utilis´e pour la couche 0-5 cm. Trois points de mesures plac´es sur le site 7 `a chaque installation de la station de mesure des flux turbulents, permettant d’obtenir des mesures de flux de chaleur dans le sol dans 3 points situ´es `a 75, 150 et 2 cm du rang, permettant une mesure repr´esentative rang-inter-rang. Ces deux derni`eres se sont av´er´ee tr`es utiles puisqu’elles ont permis d’avoir des mesures dans l’inter-rang ou les flux sont beaucoup plus importants.

Un deuxi`eme type d’estimation du flux de chaleur dans le sol G0 est l’estimation `

a partir de mesures t´el´ed´etection. Pour la r´ealisation de celle ci nous avons utilis´e la formulation donn´ee parClothier (1986) :

G₀ =R_n(0.295−0.01331∗(α₃/α₂)) (2.15)

o`u R<sub>n</sub> est le rayonnement net, o`u α_i correspondent aux bandes ASTER (voir ta-bleau 2.2).

2. CADRE EXP ´ERIMENTAL DE L’ ´ETUDE