Chloé Ollivier, postdoctorante au Cesbio, a reçu le prix OZCAR 2022 pour son article « An evapotranspiration model driven by remote sensing data for assessing groundwater resource in karst » publié dans la revue Science of the Total Environment.

Le prix sera remis lors du diner de gala des prochaines journées de l’IR OZCAR du 7 au 10 mars prochain.

C. Ollivier^1,2, A. Olioso², S.D. Carrière^2,3, G. Boulet¹, K. Chalikakis², A. Chanzy², J-B. Charlier^4,5, D. Combemale^2,6, H. Davi⁷, C. Emblanch², O. Marloie⁷, N. Martin-StPaul⁷, N. Mazzilli², G. Simioni⁷, M. Weiss²

¹ CESBIO, Université de Toulouse, IRD, CNRS, INRAE, UT3, CNES, Toulouse, France ² EMMAH, INRAE, Avignon Université, Avignon, France ³ METIS, Sorbonne Université, UPMC, CNRS, EPHE, Paris, France ⁴ BRGM, Université Montpellier, Montpellier, France ⁵ G-eau, INRAE, CIRAD, IRD, AgroParisTech, Institut Agro, BRGM, Montpellier, France ⁶ SILVA, Université de Lorraine, AgroParisTech, INRAE, Nancy, France ⁷ URFM, INRAE, Centre de recherche PACA, Avignon, France

Résumé

La recharge des aquifères peut dépendre principalement de la différence entre les précipitations et l’évapotranspiration (ET). Les modèles hydrologiques utilisés pour estimer les réserves d’eau souterraine utilisent des modèles d’évapotranspiration qui sont principalement déterminés par la demande climatique. En particulier, les mécanismes de transpiration des plantes sont négligés, bien que la transpiration constitue 70% de l’évapotranspiration. Ceci est problématique lorsqu’on considère les bassins versants karstiques, où les flux d’eau entre l’aquifère et l’atmosphère sont principalement contrôlés par la végétation et les propriétés du sol. Pour combler cette lacune, nous proposons un modèle d’évapotranspiration qui intègre les processus de transpiration des plantes et d’évaporation du sol. La dynamique de la végétation est évaluée à l’aide des indices de végétation améliorés (ou EVI pour enhanced vegetation index) des spectroradiomètres imageurs à résolution modérée Terra et Aqua. De plus, le calcul de l’évaporation du sol tient compte de l’impact des éléments grossiers à la surface du sol. Le modèle « Simple Crop coefficient for Evapotranspiration » (SimpKcET) est testé sur des sites de tours de flux au-dessus des forêts de Font-Blanche, Puechabon et de la zone agricole d’Avignon. Les évapotranspirations quotidiennes simulées sont très proches des observations (RMSE ~0.5 mm.j^-1), alors que le modèle est simple comparé aux autres modèles proposés dans la littérature. Le SimpKcET est implémenté dans un modèle hydrologique karstique pour évaluer l’impact de l’estimation de l’évapotranspiration sur la simulation du débit de l’aquifère. Cette approche est appliquée au vaste bassin versant de Fontaine de Vaucluse. En comparaison avec le modèle à réservoirs qui est fréquemment utilisé dans les modèles karstiques, SimpKcET fournit des simulations d’ET qui sont plus conformes aux processus d’ET. Une analyse par ondelettes croisées a mis en évidence l’amélioration de la relation entre la recharge simulée et le débit observé apportée par la prise en compte des processus d’évaporation et de transpiration. L’utilisation de données de télédétection liées à l’activité végétale permet de proposer un modèle parcimonieux qui peut être appliqué à tous les types de végétation (agricole, naturelle, forêt mixte) et qui peut être transféré à d’autres modèles hydrologiques.

Abstract

Aquifer recharge may depend mainly on the difference between precipitation and evapotranspiration. Hydrological models used to estimate groundwater reserves use evapotranspiration models that are mainly determined by climate demand. In particular, mechanisms of plant transpiration are neglected, although transpiration constitutes 70% of evapotranspiration. This is problematic when considering karst watershed, which are poorly documented at the interface between soil and atmosphere where vegetation and soil properties control water flows. To fill this gap, we propose an evapotranspiration model that integrates the processes of plant transpiration and soil evaporation. The dynamics of vegetation is evaluated using the Enhanced Vegetation Indexes from the Terra and Aqua Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers. The soil evaporation calculation account for the impact of coarse elements at soil surface. The “Simple Crop coefficient for Evapotranspiration” (SimpKcET) model is tested at flux tower sites over forest of Font-Blanche, Puechabon and the agricultural area of Avignon. The simulated daily evapotranspirations are very close to the observations (RMSE ~0.5 mm d-1), while the model is simple compared to other models proposed in the literature. The SimpKcET is implemented in a karst hydrological model to evaluate the impact of evapotranspiration estimation on the aquifer flow rate simulation. This approach is applied to the vast watershed of Fontaine de Vaucluse. In comparison to the water bucket model that is frequently used in karst models, SimpKcET provide ET simulations that are more in line with ET processes. A cross wavelet analysis highlighted the improvement of the simulated recharge and observed flow rate relationship brought by the consideration of evaporation and transpiration processes. The use of remote sensing data related to plant activity makes it possible to propose a parsimonious model that can be applied to all types of vegetation (agricultural, natural, mixed forest) and that can be transferred to other karst models.