Estimation de l'évapotranspiration sur un couvert complexe par utilisation de la scintillométrie infrarouge : application à un bassin versant de zone soudano-sahélienne (Bénin)
par Adrien Guyot
Thèse de doctorat en Sciences atmosphériques. Hydrologie
Sous la direction de Jean-Martial Cohard et de Sandrine Anquetin.
Soutenue en 2010
à Grenoble , dans le cadre de École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble) .
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Résumé
Les modifications climatiques globales, et l’augmentation des contraintes démographiques créent une pression de plus en plus forte sur les ressources en eau, en particulier dans les régions arides et semi-arides, déjà fortement dépendantes des aléas climatiques. Dans ces régions, les rétroactions entre le sol et l’atmosphère sont un des mécanismes fondamentaux de régulation des précipitations, et donc de l’apport en eau, à court et à long terme. Ces régions ont des taux d’évapotranspiration de forte variabilité temporelle et spatiale. Celle-ci est une composante majeure du bilan en eau, et du bilan en énergie. Elle représente au niveau global 80 % des échanges énergétiques dans l’atmosphère, et au moins 50 % du bilan énergétique à la surface de la Terre. De plus, d’après les observations disponibles à ce jour, elle est le terme principal du bilan en eau dans les régions arides. Pour autant, elle reste très mal quantifiée, et est extrêmement difficile à estimer sur des surfaces naturelles, complexes, hétérogènes, et avec de la topographie. De récents progrès instrumentaux apportent un espoir quant à l’utilisation de la scintillométrie pour évaluer les flux évaporatifs à des échelles de plusieurs km2, sur ce type de surfaces. Cette thèse présente une démarche d’observation, par scintillométrie infrarouge et bilan d’énergie, des flux évaporatifs à l’échelle d’un bassin versant en climat soudano sahélien, dans le cadre du programme AMMA d’étude de la mousson en Afrique de l’Ouest. Cette thèse est articulée autour de deux axes : (1) une première partie présente une caractérisation aérodynamique de la surface d’étude, pour préparer la mise en place de la méthodologie de calculs des flux par scintillométrie, et bilan d’énergie ; (2) Ensuite, la variabilité des flux turbulents sur trois années est explorée à travers trois volets : (i) une étude sur la relation entre les conditions de surface et les flux radiatifs et turbulents ; (ii) une étude de cas sur une pluie en saison sèche montre la dynamique de l’eau dans le sol et l’évaporation ; (iii) une étude hydrologique sur le bilan en eau à l’échelle du bassin versant.
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Titre traduit
Evapotranspiration estimation over a complex surface by the use of infrared scintillometry : case study of a sudano-sahelian watershed (Benin)
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Résumé
Global c1imate changes, and the increase of anthopogenic constraints on the environment, are creating more and more pressure on water ressources, especially in t~e arid an~ semi-arid regions, already severely affected by c1imatic hazards. Ln those regions, land-atmosphere feedbacks are one of the most important mecanism of precipitation regulation, and so the water supply, for short and long time scale. Those regions have evapotranspiration rates ofhigh temporal and spatial variability. Evapotranspiration is a major component of the water and the energy balance. This term represents at the global scale 80 % of the energy exchanges in the atmosphere, and at least 50 % of the energy balance at the land-atmosphere interface. Furthermore, from our days knowledge, this term is major in the water balance in arid environments. Despite that strong need, evapotranspiration still very un-quantified, and is very difficult to estimate over naturallandscapes, with complex topography and vegetation heterogeneities. Recent progress in instrumental techniques, bring a new hope using scintillometry to evaluate evaporative fluxes at kilmometers scales and complex surfaces. The present work presents an observationnal approach by using infrared scintillometry coupled with an energy balance, to estimate evaporative fluxes at the scale of a 12 km2 watershed, under a sudanian c1imate, in the frame of the AMMA pro gram (African Monsoon Multidisciplinary Analyses). The work is based on two axis: (1) the first part' presents an overview of the experimental environment, with a c1imatology, and surface aerodynamic characterization, to prepare the construction of the methodology of estimating fluxes trough scintillometry and energy balance; (2) then, the turbulent fluxes variability over three years is explored across three sections: (i) a first study on the varability of the turbulent and radiative fluxes and surface conditions; (ii) a case study around a isolated rainfall in the dry season, show the cross dynamics of both evapotranspiration and soil water; (iii) an hydrologic study looking at the water balance at the catchment scale.
