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SMOS : un satellite pour mesurer l’humidité des sols et la salinité des océans

L’unité Inra Ecologie fonctionnelle et PHYSique de l’Environnement (EPHYSE) de Bordeaux a participé au programme du Centre National d’Etudes Spatiale (CNES) en France et du Centro para el Desarrollo Teccnologico industriel (CDTI) d’Espagne, pour analyser les données recueillies par le satellite SMOS ( Soil Moisture & Ocean Salinity)

Satellite SMOS. © CESBIO
Mis à jour le 22/03/2018
Publié le 06/06/2012

Au sein de la mission SMOS, l’équipe Télédétection de l’unité Ephyse a contribué au développement de l'algorithme de la mission spatiale SMOS qui vise à suivre le cycle de l’eau du sol à l’échelle de la planète. Connaître et maîtriser cette réserve est un enjeu majeur pour anticiper sur les risques de sécheresse et mieux gérer cette ressource. Pour le domaine agricole et le suivi des écosystèmes terrestres, le satellite SMOS est un outil d’aide à la décision précieux : grâce aux données recueillies, il permet d’estimer l'humidité en surface des sols et indirectement l’humidité de la zone racinaire des plantes. Ces informations sont essentielles pour évaluer les besoins en eau de la végétation et l'impact des sécheresses sur l'état sanitaire de la végétation, la production, les risques d'incendies de forêts.

Le principe du satellite SMOS est de mesurer les radiations micro-ondes passives de la surface terrestre émises naturellement à la fréquence de 1.4 Ghz. Cette bande L (1400 -1427 MHz) est une bande de fréquence protégée qui est bien adaptée au suivi de l’humidité contenue dans les cinq premiers centimètres du sol (avec un degré de précision attendu de 0,04 m3 d’eau /m3 de sol) et quasi insensible aux effets perturbateurs de l'atmosphère. Equipé d’un radiomètre interférométrique, le satellite permet de capter la mesure d’un même point de surface selon plusieurs angles d’incidence. A raison d’un recueil de données deux fois par jour à 6 h et 18 h (heures locales), la couverture complète de la surface de la terre est assurée en trois jours, avec une résolution spatiale de l’ordre de 50 km.

Les données satellitaires recueillies depuis 2 ans (lancement en Novembre 2009) témoignent d’une très bonne sensibilité du capteur aux variations de l'humidité du sol. Le principe de l'inversion (pour retrouver SM) repose sur la modélisation multi-angulaire de la température de brillance sur la zone de mesure en considérant tous les types de surface terrestre, dont les caractéristiques (texture du sol, rugosité, nature de la végétation) sont prises en compte par des cartes globales, dont la carte de végétation (Ecoclimap) produite par Météo-France. L'émission de la surface est modélisée en considérant dix classes principales de surface : surface nominale (sol nu et végétation basse), forêt, eau pure, eau salée, toundra, milieu urbain, sol gelé, neige, etc. Pour chacune des classes, un arbre de décision détermine le modèle à utiliser et sa configuration. Les températures de brillance, pondérées en fonction de l’angle d’incidence et du lobe de l’antenne, sont calculées pour chaque classe. Le traitement des données permet ensuite de restituer des cartes globales de l’humidité sur les surfaces terrestres.

Ephyse est plus particulièrement impliquée dans le développement de l'algorithme et le modèle direct sur la végétation et les sols nus (modèle L-MEB: L-band Microwave Emission of the Biosphère). Ce travail de recherche coordonné par le CESBIO Toulouse est mené dans le cadre d’une large coopération avec les universités européennes (Tor Vergata de Rome, de Valencia, de Copenhagen, de Zurich, de Bern, etc.) et américaines (Iowa et California) et des laboratoires de recherche nationaux (Météo-France/ CNRM, IPSL Paris, LTHE et LGGE Grenoble, etc.).

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Jean-Pierre WIGNERON (05 57 12 24 19) UR1263 EPHYSE Écologie Fonctionnelle et Physique de l'Environnement 71 avenue Edouard Bourlaux-33883 VILLENAVE D'ORNON CEDEX

Sources

  • Kerr, Y.H., Waldteufel, P., Wigneron, J.-P., Delwart, S., Cabot, F., Boutin, J., Escorihuela, M.-J., Font, J., Reul, N., Gruhier, C., Juglea, S.E., Drinkwater, M.R., Hahne, A., Martin-Neira, M., Mecklenburg, S. 'The SMOS mission: new tool for monitoring key elements of the global water cycle', Proceedings of the IEEE, May 2010, vol. 98, Issue 5, pp. 666 – 687, 2010
  • Wigneron J-P, Y. Kerr, P. Waldteufel, K. Saleh, M.-J. Escorihuela, P. Richaume, P. Ferrazzoli, P. de Rosnay, R. Gurney, J.-C. Calvet, J.P. Grant, M. Guglielmetti, B. Hornbuckle, C. Mätzler, T. Pellarin, M. Schwank, 'L-band Microwave Emission of the Biosphere (L-MEB) Model: Description and calibration against experimental data sets over crop fields', Remote Sens. Env., 107, p. 639-655, 2007.