L’humidité et le gel au sol pour comprendre les changements climatiques

Une mission spatiale de la NASA alimente des géomaticiens de l’UdeS

L'équipe de professeurs et chercheurs du Département de géomatique appliquée de l'UdeS
L'équipe de professeurs et chercheurs du Département de géomatique appliquée de l'UdeS

Photo : Université de Sherbrooke

Le satellite de télédétection Soil Moisture Active Passive (SMAP) a pris son envol, le 31 janvier, de la base Space Launch Complex 2 à Vandenberg en Californie. Développé par la NASA, ce nouveau satellite fournira aux météorologues, aux climatologues, aux agronomes et aux scientifiques des données inédites sur l’humidité du sol, les paramètres de végétation et le gel au sol. En partenariat avec Environnement Canada, l’Agence spatiale canadienne appuie une équipe SMAP-Canada, dont font partie des chercheurs du Département de géomatique appliquée de l’UdeS.

Au Canada, l’Université de Sherbrooke joue un rôle de premier plan dans plusieurs projets de recherche sur l’estimation de l’humidité du sol et le gel de surface à l’échelle spatiale. Ainsi, les professeurs Alain Royer, Alexandre Langlois, Ramata Magagi et Kalifa Goïta se consacrent depuis plusieurs années à l’étude de l’humidité du sol et du suivi du gel/dégel de surface par micro-ondes active et passive. Des recherches vitales pour comprendre les changements climatiques.

Photo : NASA

L’humidité, une variable essentielle en climatologie

Reconnue en 2004 comme une variable climatique essentielle du Système mondial d’observation du climat, l’humidité du sol fait partie des paramètres environnementaux les plus importants pour la compréhension et le suivi des changements climatiques. «C’est une composante-clé de plusieurs projets nationaux et internationaux liés à la compréhension du cycle de l’eau, explique la professeure Ramata Magagi. Car l’humidité du sol est l’un des facteurs influençant le bilan hydrique et le bilan d’énergie. Elle agit sur la distribution de la pluie et de la végétation ainsi que sur les risques d’inondation ou de sécheresse.»

Photo : NASA

Dans le cadre du plan scientifique canadien de la mission SMAP, le nouveau satellite possède à son bord – pour la toute première fois – deux capteurs micro-ondes complémentaires : un actif (qui émet des ondes radar et mesure les réflexions de l’onde sur la surface du sol) et un autre passif (qui mesure les ondes émises naturellement par la surface). Le satellite SMAP fournira ainsi des données indispensables qui permettront de développer et d’améliorer les méthodes d’estimation des paramètres hydrologiques, telles l’humidité du sol, la rugosité du sol et la végétation. La mission spatiale permettra également le déploiement d’une méthode de cartographie des champs saturés des zones agricoles. Parmi les résultats anticipés, on espère une meilleure caractérisation de la variabilité spatio-temporelle de l’humidité du sol dans un contexte opérationnel.

L’impact du gel/dégel sur le réchauffement climatique

Photo : NASA

Un autre objectif original du SMAP est le suivi des périodes de gel et dégel du sol en lien avec l’activité végétale. «Lorsque le sol est gelé, la forêt est en dormance, ce qui signifie moins d’absorption de gaz carbonique. Comme les échanges de dioxyde de carbone (CO2) et d’oxygène par photosynthèse sont au point mort, il y a plus de gaz à effet de serre, donc plus de réchauffement, explique le professeur Alain Royer. Un changement de l’état du sol lié au réchauffement climatique pourrait ainsi avoir des effets de rétroaction significatifs. Mais sa caractérisation est difficile, car très variable spatialement selon la couverture du sol et le type de sol et de sous-sol, et temporellement selon la variabilité climatique. L’impact du cycle de gel/dégel au sol sur le CO2 est encore mal connu, surtout pour la forêt boréale du Nord». SMAP devrait contribuer à répondre à ces questions fondamentales pour mieux comprendre les fluctuations des flux de carbone d'une année à l'autre de même que l’évolution du pergélisol dans toutes les régions Nordiques.

Profitant de la disponibilité de deux radars au sol (Environnement Canada et CARTEL), le projet permettra de mettre au point des méthodes d’analyse qui seront appliquées par la suite au satellite. «Avec son double capteur, SMAP nous ouvre la voie vers de nouvelles avenues de recherche sur l’estimation de l’humidité du sol et d’autres paramètres de surface, le suivi des cycles de gel/dégel du sol, tous liés à une bonne compréhension du cycle de l’eau», indique Ramata Magagi.

Photo : NASA

Le projet permettra également de participer au développement de la campagne de terrain SMAP Validation Experiment 2016, qui se tiendra l’an prochain au Manitoba, afin de valider des données SMAP. «Cette activité est primordiale pour l’utilisation des nouvelles données satellitaires dans les sciences environnementales et les applications terrestres. En plus de contribuer à la formation de personnel hautement qualifié dans le domaine de la télédétection de l’humidité du sol – un domaine peu exploité au Canada – et du gel/dégel au sol, les résultats qui en découleront seront bénéfiques pour les applications agricoles, les prédictions météorologiques et hydrologiques ainsi que la gestion environnementale», estiment les deux chercheurs.

Alain Royer, Alexandre Langlois, Ramata Magagi et Kalifa Goïta sont professeurs au Département de géomatique appliquée et chercheurs au Centre d’applications et de recherches en télédétection (CARTEL) de l’Université de Sherbrooke. Le CARTEL est considéré comme l’un des plus grands regroupements au Canada de chercheurs, d’étudiants et de stagiaires postdoctoraux qui mènent des recherches sur l’avancement des connaissances en télédétection ainsi que leurs applications à l’observation de la Terre et à l’étude des changements climatiques.