Equipe : Systèmes d’observation

Responsable : Olivier Hagolle

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L’équipe « Systèmes d’Observation » cherche à caractériser et comprendre la variabilité spatiale et temporelle du fonctionnement de la végétation et du sol. Les recherches de l’équipe reposent sur deux piliers:

• la télédétection
• les observations in-situ

Nous analysons ces deux types de données pour:

• cartographier la végétation à différentes échelles, de la parcelle au continent
• aider l’équipe modélisation à développer et valider des modèles (prédictifs ou diagnostiques) de fonctionnement de la végétation
• définir des stratégies de réduction des impacts environnementaux liés à l’exploitation des ressources (agricoles, eau)
• trouver des leviers d’atténuation aux changements climatiques tout en maintenant une production durable et à un coût économique viable.

L’équipe SO alimente en données et méthodes d’observation les 3 axes thématiques du laboratoire (eau, agro-écologie, dynamique régionale) et leur fournit un terrain d’application.

Sites d’observation

Le CESBIO a développé le concept d’observatoire spatial régional (OSR) au début des années 2000 et l’a implémenté dès 2001 à la fois en région Midi-Pyrénées et dans la région de Marrakech (Tensift) avec ses partenaires marocains. Les chantiers du CESBIO liés à ces observatoires sont essentiels au développement de la dynamique scientifique du laboratoire.

• Le chantier Sud-Ouest permet notamment de développer des activités scientifiques autour de l’occupation des sols, de l’agro-écologie et de la gestion de l’eau agricole (besoin et consommations des cultures).
• Le chantier Sud se décline dans plusieurs pays: Maroc (Tensift), Tunisie (Merguellil), Liban, Berambadi (Inde), Vietnam. Il se focalise sur l’évolution des ressources en eau, en contexte aride dans la plupart des cas, ou sur la thématique de la riziculture au Vietnam.

L’activité scientifique des chantiers s’appuie fortement sur les données issues des observatoires et les alimente en retour. Ces observatoires jouent un rôle essentiel en tant que sites CAL/VAL pour différentes missions spatiales. Les différents observatoires poursuivent une double stratégie d’observation et d’expérimentation qui consiste 1) à maintenir et enrichir un certain nombre de sites pérennes et 2) à développer des expériences (ex. campagnes spatialisées) plus courtes en réponse à des questions scientifiques ciblées.  L’Observatoire Spatial Régional Sud Ouest (OSR SO) est un dispositif de l’INSU reconnu en tant que Service National d’Observation (SNO).

Missions spatiales

Le CESBIO est porteur de quatre missions spatiales, dont deux sont déjà en orbite (SMOS et VENµS) et deux sont décidées et en développement, BIOMASS et TRISHNA.

Les missions spatiales du CESBIO

Deux autres missions sont par ailleurs en phase d’avant projet. Il s’agit des missions ULID (Unconnected L-Band Interferometer Demonstrator) et SMOS-HR (Soil Moisture and Ocean Salinity, High Resolution).  SMOS-HR est une suite de la mission SMOS avec une résolution améliorée à 10km, alors que ULID est une mission technologique qui vise à démontrer la possibilité d’améliorer encore cette résolution en utilisant une nuée de micro-satellites.

Le comité des programmes du CNES a recommandé le passage de la mission Sentinel-HR en phase 0, cette mission, proposée par le CESBIO, a pour but de suivre les surfaces terrestres à une résolution métrique avec une revisite d’environs 20 jours. Le laboratoire est aussi bien sûr fortement impliqué dans d’autres missions en orbite (Sentinel-1, Sentinel-2, SMAP, etc) ou en préparation (SWOT, FLEX, etc).

Exploitation des données de télédétection

Physique de la mesure

A travers les missions spatiales portées par le CESBIO et d’autres mesures in situ ou aéroportées, l’équipe SO développe une forte compétence en physique de la mesure. Cela concerne différents types de spectres et de capteurs :

• Optique/IRT
• Radar/GNSS-R
• Micro-ondes passives

Cartographie des surfaces et de leur évolution

L’exploitation des synergies entre différents capteurs joue un rôle central dans la caractérisation des surfaces continentales dans nos travaux. L’idée principale est d’explorer la complémentarité de mesures multi-modales, multi-résolutions spatiales et multi-temporelles pour une meilleure estimation des états des surfaces. L’équipe développe des méthodes pour la description de différentes propriétés des surfaces :

• Occupation du sol
• Propriétés du sol
• Suivi des surfaces en eau et du manteau neigeux
• Propriétés du couvert végétal et des forêts

Analyse des séries temporelles

Les séries satellitaires décrivant l’évolution du couvert végétal (MODIS, SPOT-VGT), le contenu en eau dans le sol (SMOS, ASCAT, etc) ainsi que la température (MODIS, LANDSAT …) atteignent maintenant des profondeurs temporelles suffisamment longues (~20 ans) pour effectuer des analyses statistiques. Elles deviennent essentielles pour détecter les anomalies liées aux événements extrêmes, tels que la sécheresse, et également détecter des tendances d’évolution des états des surfaces.