Indices satellitaux et stress hydrique de la végétation méditerranéenne: du bosquet au pixel Dauriac*, Deshayes*, Gillon**, Moro***, Valette*** *Cemagref-ENGREF **CEFE/CNRS ***INRA-IUFM Projet GIS 2001-2, Convention DERF 61.45.11/01, 24 mois

Arbousier commun (Arbutus unedo) Bruyère arborescente (Erica Arborea) Sites d’étude 30 sites du Réseau Hydrique ONF 2 sites de garrigue : Causse d’Aumelas (Cemagref) Garrigue de chêne kermès (Quercus coccifera) Taillis de chêne vert (Quercus ilex) 1 site de maquis : Massif des Maures (INRA) Arbousier commun (Arbutus unedo) Bruyère arborescente (Erica Arborea) Maquis de bruyère et d’arbousier

Thème 1. Variabilité de la teneur en eau Suivi de la variabilité spatio-temporelle de la teneur en eau (CEMAGREF-INRA) Mesure de la teneur en eau des feuilles de quatre espèces arbustives méditerranéennes sur deux zones d’étude, sur deux périodes (étés 2001 et 2002) : Causse d’Aumelas : chêne vert et chêne kermès Massif des Maures : arbousier et bruyère arborescente Suivi spatial et individuel des pieds

Thème 1. Variabilité de la teneur en eau a) niveau bouquet Différence de comportement hydrique entre bouquets ? Exemple de 6 bouquets suivis en 2003 dans le massif des Maures 100 m distances effectifs espèces années de 75 à 750 m de 2 à 6 bouquets 3 2001, 2002, 2003

Thème 1. Variabilité de la teneur en eau a) niveau bouquet Bruyère 2 bouquets en 2002 d = 400 m Comportement inter-bouquet homogène pour la bruyère arborescente Arbousier Comportement inter-bouquet hétérogène pour l’arbousier

Thème 1. Variabilité de la teneur en eau b) niveau peuplement Y a t’il une structure spatiale de la teneur en eau de la végétation et à quelle distance ? Exemple : 69 prélèvements de feuilles chêne kermès, Causse d’Aumelas, 4 sept. 2001 de 5 à 1000 m distances de 45 à 69 pieds effectifs 4 espèces 2001 et 2003 années

Thème 1. Variabilité de la teneur en eau Cartographie de la teneur en eau du chêne kermès variabilité spatiale = variabilité temporelle krigeage des relevés du 18 juillet 2001 43% 52% moyenne de 8 pieds été 2001 13 juin 16 oct 40% 50% 100 m

Thème 1 : synthèse Métrologie de terrain Au niveau spatial : au moins 30 individus répartis aléatoirement dans le peuplement (feuilles de lumière et de l’année) Au niveau temporel : prélever entre 14 et 16 h et au moins 1 fois par semaine mesures de référence à comparer aux données satellitaires

Thème 2. Spectroscopie de la teneur en eau d’échantillons secs Comparaison entre valeurs mesurées et valeurs prédites par spectroscopie proche infra-rouge sur échantillons secs (CNRS) Spectroscopie dans le proche infrarouge (400-2500 nm) des feuilles séchées et broyées de 8 espèces (2001 et 2002) Relation entre spectre obtenu et teneur en eau (FMC) initiale des feuilles fraîches Excellente modélisation quelle que soit l’espèce Calibration (r² = 0.93) et Validation (r² = 0.91) précision de la prédiction : erreur sur FMC prédite = 2 fois erreur sur mesure classique FMC

Thème 2. Spectroscopie de la teneur en eau d’échantillons secs Teneur en eau A. unedo et E. arborea - Maures, 2001 Site A - 2001 Site B - 2001 40 60 80 100 120 140 160 Jun Jul Aug Sep Oct Arbutus unedo Erica arborea Jun Jul Aug Sep Oct Valeurs mesurées Valeurs prédites Teneur en eau (%)

Thème 3. Spectroscopie de la teneur en eau de feuilles fraîches Analyse des réponses spectrales des feuilles selon leur niveau de stress (CEMAGREF) Spectroradiométrie proche infrarouge (350-2500 nm) et mesure des composantes du rayonnement (réflectance, absorptance et transmittance) Relation entre spectre et niveau de stress hydrique des feuilles de trois espèces

Thème 3. Spectroscopie de la teneur en eau de feuilles fraîches r² entre la réflectance à une longueur d’onde et la teneur en eau (indices FMC et EWT) r2 modèle global d’étalonnage à 7 longueurs d’onde (r² = 0.9 SD/SECV > 3) visible PIR MIR

Thème 4. Télédétection de la teneur en eau modélisation radiative : teneur en eau et réponse spectrale Simulation du taillis de chêne vert sur le Causse d’Aumelas : - Modèles : Prospect (feuille) + Géosail (couvert) - Analyse de sensibilité EFAST (5.000 tirages) 1350nm 1900nm 60% Paramètres chlorophylle matière sèche SLW teneur en eau EWT surface foliaire LAI angle zénithal solaire chlorophylle (Danson et Bowyer, 2003)

Thème 4. Télédétection de la teneur en eau Grande variabilité des données satellitaires journalières très bruitées : perturbations radiométriques & atmosphériques Analyse de la dynamique temporelle sur 1 pixel (site n°3 des Alpes-Maritimes, été 2001, exemple de MODIS) Teneur en eau FMC indice GVMI 1 jour Teneur en eau FMC indice GVMI indice GVMI (PIR + 0,1) – (MIR + 0,02) (PIR + 0,1) + (MIR + 0,02) Global Vegetation Moisture Index Ceccato et al., 2002

Thème 4. Télédétection de la teneur en eau Besoin d’amélioration des produits satellitaires Nouveaux traitements MODIS 1 jour : modèle de BRDF de la NASA, utilisé sur les synthèses à 16 jours, et appliqué aux données journalières écart-type des valeurs de réflectance : -50% R et -66% PIR sans modèle de correction avec corrections radiométriques site chêne vert Hérault été 2003 Rouge PIR Réflectance Pour ce site, r² entre FMC et indice sat. passe de 37% à 74% (n=14)

Thème 4. Télédétection de la teneur en eau Perspectives : couplage VGT 1 et 2 VGT 1 - 10h30 VGT 2 - 11h40 VGT 2 - 10h 21 juillet 2002 depuis juin 2002 : 2 capteurs VGT quasi identiques au même moment 2 à 3 angles d'observation différents pour un même site synthèses à 7 jours (Olivier Hagolle, CNES mai 2004) D10 : jusqu’à 10 observations par pixel H7 : jusqu’à 21 observations

Thème 4. Télédétection de la teneur en eau Perspectives : synthèses à 7 jours 3 sites = 3 pixels x 10 périodes corrélation entre « teneur en eau » et « indices satellitaires » D10 en 2001 : r2 = 21% (n=32) H7 en 2002 : r2 = 73% (n=29) massif des Maures Été 2002 Teneur en eau FMC indice GVMI

Thème 4. Télédétection de la teneur en eau Perspectives : potentialité de cartographier les variations de la teneur en eau des massifs forestiers VGT-D10, été 2001 VGT-H7, été 2002 faible fort 60 km site des Maures stress hydrique fort site de Montpellier stress hydrique moyen

Projet GIS 2001-2 : Synthèse Métrologie de terrain protocole de prélèvement optimisé identification des échelles spatiales et temporelles de variation de la teneur en eau de la végétation Spectroscopie de feuilles intérêt du MIR et des nouveaux capteurs satellitaires Télédétection nouveaux produits améliorés mais … … produits encore mal adaptés à l’objectif Besoin de correction des perturbations atmosphériques et radiométriques