Humidité du sol

Contexte général

L'humidité du sol est une mesure importante pour la détermination du potentiel de production d'une culture au Canada comme dans des pays souvent menacés de sécheresse. Elle est aussi importante dans la modélisation des bassins de drainage où l'humidité dans le sol reflète la quantité d'eau présente dans les deux premiers mètres du sol. Cette humidité est toutefois susceptible de s'évaporer dans l'atmosphère. La détection rapide de conditions d'assèchement (qui peuvent nuire aux cultures ou qui peuvent indiquer le début d'une sécheresse) permet d'améliorer la production agricole et de faire des prévisions quant au volume et à la qualité des récoltes. La détection rapide de risques permet de prévenir les producteurs agricoles et aide à la planification de l'aide humanitaire. L'humidité du sol aide aussi dans la prédiction d'inondations, car un sol saturé ne peut pas absorber plus de pluie ou d'eau de ruissellement. L'humidité du sol est un paramètre important dans la modélisation du drainage qui peut fournir de l'information sur le potentiel hydroélectrique et d'irrigation d'un bassin. Dans les régions de déforestation active, les évaluations de la teneur en humidité du sol aident à la prévision du volume de ruissellement, des taux d'évaporation et de l'érosion du sol.

Pourquoi la télédétection?

La télédétection permet de mesurer l'humidité du sol sur une grande superficie, contrairement aux mesures au sol qui donnent seulement des valeurs ponctuelles. Le radar est un excellent outil pour obtenir des mesures quantitatives et des images qualitatives, car la rétrodiffusion du radar dépend de l'humidité du sol, ainsi que de la topographie, de la rugosité de la surface, et de la quantité et du type de couvert végétal. Si les quatre derniers paramètres demeurent inchangés, les images radars multitemporelles peuvent démontrer le changement de la teneur en humidité du sol avec le temps. Le radar est sensible à la constante diélectrique du sol qui est une fonction du taux d'humidité.

Les commissions agricoles, commerciales et administratives, les courtiers en matières premières, les gestionnaires de fermes à grande échelle, les gestionnaires de conservation et les producteurs d'énergie hydroélectrique sont tous des utilisateurs d'informations dérivées des données de télédétection sur le taux d'humidité du sol.

Exigences des données

Un capteur doit évidemment être sensible au taux d'humidité du sol. Le radar est donc plus utile que les capteurs optiques pour cette application. L'acquisition régulière et fréquente d'images est nécessaire durant la saison de croissance pour suivre les changements dans le taux d'humidité. Une livraison rapide des données est requise pour permettre aux producteurs de réagir à temps pour corriger la situation (sol saturé ou trop sec). En utilisant des images à haute résolution, le producteur agricole peut cibler les corrections de façon plus précise. Une couverture régionale permet un aperçu global du sol et des conditions de croissance pour les besoins des commissions agricoles et des gestionnaires.

Le Canada et les autres pays

Les données nécessaires pour cette application sont les mêmes partout dans le monde. Mais une plus haute résolution peut être nécessaire en Europe et en Asie du Sud-Est, où la dimension des champs et des parcelles est beaucoup plus petite qu'en Amérique du Nord.

Étude de cas
La répartition des précipitations, Melfort, Saskatchewan, Canada

Cette image radar a été acquise le 7 juillet 1992, par le satellite ERS-1 de l'Agence Spatiale Européenne (ASE). L'image synoptique de la région près de Melfort, Saskatchewan, illustre les effets d'une précipitation locale avec la rétrodiffusion des micro-ondes enregistrée par le capteur.

Les régions où il a plu récemment paraissent plus brillantes (moitié inférieure), alors que les régions qui n'ont pas reçu de précipitations (moitié supérieure) paraissent plus foncées. Ce résultat est dû à la constante diélectrique du sol, qui est une mesure des propriétés électriques des matériaux de surface. Les propriétés diélectriques d'un matériel influence sa capacité d'absorption de l'énergie micro-onde, et donc, influencent de façon importante la diffusion de l'énergie micro-onde.

La rétrodiffusion radar est proportionnelle à la constante diélectrique de la surface. Pour des matériaux naturels et secs, les valeurs se situent entre 3 et 8, et peuvent s'élever jusqu'à 80 pour des surfaces saturées en eau. Donc, plus basse est la constante diélectrique, plus l'énergie incidente est absorbée, et plus la cible paraîtra foncée sur l'image.

Le saviez-vous?

Pour la mesure du contenu en humidité du sol, on utilise aussi une autre partie du spectre électromagnétique: les rayons gamma. On utilise un enregistrement aéroporté de l'émission naturelle du rayonnement gamma de la Terre pour détecter les variations de l'intensité de l'émission du rayonnement produite par l'humidité contenue dans le sol. La longueur d'onde du rayonnement gamma est extrêmement courte, de l'ordre de 10-12 mètre et l'intensité de l'émission naturelle est très faible. C'est pourquoi il n'est pas pratique d'obtenir cette information d'une plate-forme satellitaire. Même lorsqu'on fait ce type d'acquisition à l'aide d'un avion, il faut que le survol soit fait aussi près du sol que possible.