Les sites d’étude des Alpes

II.2.1 Les données radar

Les données SAR polarimétriques ont été acquises durant les campagnes de mesures de SIR-C en 1994 sur les Alpes françaises. Les différentes mesures effectuées par le radar ont eu lieu le 12 avril 1994 et le 3 octobre 1994 dans les bandes de fréquence L (1.3 GHz) et C (5.3 GHz) et suivant les quatre canaux de polarisation HH, VV, HV et VH (H pour horizontale et V pour verticale). Les

images SAR résultantes ont une résolution spatiale de 20.7 mètres en distance et de 6.19 mètres en azimut. La taille d'un pixel est de 4.37 mètres en azimut et de 13.32 mètres en distance. L’angle d’incidence radar au centre de l’image est de l’ordre de 50°. Les caractéristiques du système radar relatives aux données utilisées dans ce mémoire sont répertoriées dans le tableau II-1. La date du 12 avril 1994 correspond à la fin de l’hiver et donc à une période d’enneigement pour le site. La date du 3 octobre 1994 correspond à la fin de l’été et donc à une absence de neige.

Paramètres Capteur SIR-C

Fréquences Bandes L (1.3 GHz) et C (5.3 GHz)

Polarisations HH,HV,VH, VV

Altitude orbitale 227 km

Angle d’observation 49.849° (Octobre) et 50.022° (Avril)

Résolution en azimut 6.19 m

Résolution en distance 20.7 m

Orbite Ascendante

Heure d’acquisition (GMT) 06 h05 (Octobre) et 05h54 (Avril)

Tableau II-1Caractéristiques du système radar SIR-C

Deux sites des Alpes françaises ont été sélectionnés afin de tester les méthodes proposées. Ils correspondent aux régions de Risoul et du col d’Izoard, toutes deux situées au nord ouest de Gap (département des Hautes Alpes) à la limite des massifs du Queyras et du Parpaillon selon la division du CEN (Centre d’Etude de la Neige, Météo France, Grenoble), comme l'illustre la figure II-1. Le choix de ces sites est motivé par la possibilité de recoupement entre les données du 12 avril 1994 et celles du 03 octobre 1994, par la représentativité de l'environnement alpin ainsi que par la présence de mesures de terrain collectées à proximité.

La variabilité du relief et la diversité du milieu naturel rendent l’étude du couvert neigeux complexe. En effet ces régions alpines se composent de sommets rocheux, de zones de forêts (mélèzes et conifères principalement) et de champs agricoles dans les vallées. En hiver la limite inférieure de neige se situe à une altitude de 1600 mètres. La neige recouvre alors une partie des forêts mais les vallées, à une altitude plus basse, restent libres de neige.

II.2 Les sites d’étude des Alpes

Figure II-1 Localisation des sites d’étude

En raison de la forte topographie de ces régions alpines, une partie de cette étude a été orientée sur une zone de moindre pente se situant à une altitude de 2526 mètres appelé le Pic du Clocher, localisée près de la station de Risoul. Cette zone comporte une partie sans végétation qui permet d’étudier la réponse d’un couvert neigeux sur un sol nu à une onde incidente polarisée. Une analyse plus approfondie sera abordée dans le chapitre dédié à la modélisation où une comparaison sera faite entre les données radar et les résultats du modèle.

Des images de span (puissance totale rétrodiffusée), correspondant aux deux régions d’étude

citées précédemment, sont représentées figure II-2 pour la bande C et en condition d’enneigement.

-a- Risoul -b- Izoard

II.2.2 Les mesures terrain

Des mesures du profil nivologique du couvert neigeux ont été effectuées le 12 avril 1994 par EDF et Météo-France. Les caractéristiques physiques du couvert neigeux sont mesurées, soit manuellement, soit par des stations automatiques qui permettent des relevés quotidiens. Durant la période hivernale, des sondages par battage sont réalisés périodiquement dans le manteau neigeux et sont associés à des profils stratigraphiques. Ces mesures, effectuées le plus souvent au-dessus de 2000 mètres, ont pour but d'évaluer la stabilité du manteau neigeux en caractérisant chacune des couches par une dureté, une température, un type de grain de neige, une masse volumique et une teneur en eau liquide. Un trou creusé jusqu’au sol permet de repérer les différentes couches de neige, d’évaluer leur épaisseur et de tester leur dureté. La température et la constante diélectrique de chaque couche sont mesurées au moyen d’une sonde. La densité est obtenue par prélèvement d’une portion de neige dans chaque couche. En complément de ces relevés obtenus manuellement, des stations automatiques "Télénivomètres" (figure II-3) transmettent au pas horaire les valeurs de hauteur et de densité de la neige au sol par pas de 10 cm ainsi que la température de l'air.

Figure II-3 Télénivomètre EDF situé au Lac Noir

Les caractéristiques physiques du couvert neigeux dans cette zone sont répertoriées sur un profil stratigraphique effectué par Météo-France le 12 avril 1994, représenté figure II-4. Une graduation verticale en centimètres permet de visualiser l’épaisseur totale du manteau neigeux ainsi que l’épaisseur relative à chaque couche. Le couvert neigeux se compose de plusieurs couches de neige d’épaisseur variée. L’épaisseur totale du couvert est de l’ordre de 2 mètres et sa densité moyenne est d’environ 350 kg/m³. Le relevé est divisé en colonnes relatives aux caractéristiques physiques propres à chaque couche constituant le manteau.

La description des codifications utilisées est la suivante : • HHH : hauteur en cm

• F1 : forme dominante des grains, F2 : forme secondaire • Dm : diamètre des grains en mm

II.2 Les sites d’étude des Alpes

• HUM : humidité ( 1 : neige sèche, 2 : neige peu humide) • MV : masse volumique en kg/m 3.

Les mesures ayant été faites à 8h du matin dans des conditions de basses températures de l’air, la teneur en eau liquide (TEL) dans le couvert neigeux est nulle. Une courbe des températures à lire en négatif est tracée pour l’ensemble du manteau.

Figure II-4 Profil stratigraphique du couvert neigeux sur Risoul

Pour finir, des résultats de simulation du modèle CROCUS, développé par le Centre d'Etude de la Neige de Grenoble, sont présentés au chapitre V. CROCUS est un modèle d'évolution du manteau neigeux qui simule certaines caractéristiques physiques du couvert pour différents massifs montagneux des Alpes [Brun 89].

II.2.3 Les images optiques Landsat

En plus des données SAR polarimétriques, des données optiques ont été acquises par le capteur passif Landsat Thematic Mapper. L'acquisition de l'image Landsat "d'hiver", en condition d'enneigement, est simultanée à celle des données SAR SIR-C du 12 avril 1994, alors que l'image "d'été" de référence date du 22 septembre 1994. La résolution spatiale de ces images optiques est de 28.5 mètres x 28.5 mètres. Il est ainsi possible de visualiser les différentes zones qui constituent l’image SAR telles que les régions forestières, les régions de sol nu ou les régions enneigées. Les images optiques et les images SAR ne peuvent pas être superposées l'une à l'autre, de part leurs caractéristiques d'acquisition différentes, notamment en ce qui concerne l'angle d'incidence. L’utilisation d’un modèle numérique de terrain (MNT) devient alors primordial car il permet de projeter l’image optique dans le plan radar dans le but de localiser au mieux les différentes zones de l’image radar à partir des connaissances extraites des images optiques.

La figure II-5 représente les images optiques Landsat des sites de Risoul et Izoard en "été" en l'absence de neige et en "hiver" en condition d’enneigement. Ces images sont obtenues à partir d'une combinaison colorée entre trois canaux brut RVB où le bleu correspond au vert visible (0.4 µm), le vert au proche infra-rouge (0.9 µm) et le rouge au moyen infra-rouge (1.6 µm).

-a- Risoul en été -b- Izoard en été -c- Risoul en hiver -d- Izoard en hiver Neige

Sols nus Champs agricoles Pâturages Forêts Neige

Sols nus Champs agricoles Pâturages Forêts