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Présentation TFE Maubant Jérôme

didactitiel pas à pas pour prendre en main prezi. Mis à jour janvier 2012
by

Jérôme Maubant

on 2 July 2013

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Transcript of Présentation TFE Maubant Jérôme

Apport des données satellites radar (SAR - altimètre) pour la gestion des stocks d'eau en zone agricole irriguée.
Soutenu par Jérôme Maubant

Le 28 juin 2013,
Le Mans

Présidente de Jury :
Mme Joëlle NICOLAS-DUROY

Professeur référent :
M Laurent POLIDORI

Maîtres de stage :
M Frédéric BAUP
M Frédéric FRAPPART
Contexte - Objectifs
Zone d'étude
Résultats
Perspectives - Conclusion
Données disponibles
Contexte
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
L’eau douce (3% des ressources disponibles) est une richesse de plus en plus précieuse
Besoin (nécessité) de gestion de la ressource
Le développement des technologies spatiales est probablement une des solution
Augmentation de la population, développement des activités humaines
Besoin en eau multiplié par 6 entre 1900 et 2000 (CNRS)
35 % de la population mondiale souffrira d’un manque d’eau en 2025 (ONU)
Difficile car réseaux de surveillance coûteux à mettre en place
Quand ils existent, leurs données ne sont pas toujours accessibles
Considérée dans beaucoup de pays comme sujet sensible (guerre de l’eau)

Objectifs
Explorer l’utilisation des données satellitaires RADAR (SAR - altimètre) au suivi de petites masses d’eau continentales (<100 hectares).
Estimer des volumes ou variations de volume d’eau à partir de données satellitaires
Préparer les futures missions spatiales Sentinel-1, Sentinel-3 et SWOT
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
De plus en plus de satellites destinés à l'observation de la terre
Plus de données disponibles
Meilleures précisions
S'affranchir de toutes contraintes territoriales
Permettre une gestion globale à moindre coût
Contexte - Objectifs
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Zone d'étude
Pourquoi cette zone ?
Dominée par une agriculture irriguée (contrainte importante sur les réserves d'eau)
Hétérogène (forêts, terres agricoles, lacs,...)
Topographie variable
Déjà utilisée dans plusieurs projets "Sud Ouest"
Terrain
Abaques constructeurs : Volume = f(hauteur)

Gestionnaires des lacs
Mesures de volume régulières depuis 2003
Gestionnaires des lacs
Données pluviométriques depuis 2005
Météo France
Levé bathymétrique (2010)
Agence l'eau Adour -Garonne
La technologie RADAR
Capteur actif dans le domaine des micro ondes
Capteur tout temps
Deux types de capteurs différents
Mesures de jour comme de nuit
Insensible à la météo (sauf conditions extrêmes)
Avantage énorme lorsqu’il s’agit de réaliser un suivi régulier
Chaque passage au dessus de la cible = 1 mesure

Les capteurs "SAR " qui produisent des images : mesure des surfaces
Les altimètres qui mesurent des distances : mesure de hauteur
Émet des impulsions en direction de la surface cible
Enregistre les échos renvoyés par la ou les surfaces impactées

Quelques exemples
Radarsat
Terrasar-X
Envisat
Jason-2
Satellitaires
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Satellitaires :
Surface (2010)
8 Capteurs ~ 150 images

Radar, Thermique, Optique
Résolution de 30 à 1 m
Campagne MCM'10
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Satellitaires :
Hauteur (2002-2012)
2 Capteurs : RA-2 (Envisat) et Poseidon-2 (Jason-2)

RA-2
1 trace altimétrique
Une mesure tous les 35 jours (février 2002 - octobre 2010)
Poseidon-2
1 trace altimétrique
Une mesure tous les 11 jours (juin 2008 - août 2012)
Données fournies par le Centre de Topographie des Océans et de l'Hydrosphère, CTOH
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Relation entre données terrain et mesures altimétriques
Altimètre / Volume - simple
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Lac de la Bure (B)
Différents test ont été réalisés
Simple
3 phases ( remplissage, vidange, stable)
Selon années
selon état du lac (début ou fin de remplissage)
Objectifs :tester les mesures, caractériser la réponse altimétrique
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Comparaison et analyse des cycles annuels
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Valider les observations de la partie précédente

Identifier les événements
marquants
Déterminer le cycle moyen

Sécheresse de 2003
Printemps 2006
Identifier un changement
à long terme
L'altimétrie radar semble plus précise en fin de remplissage (pour ce type de lac)
Estimation de volume
Précision moyenne < 5 % du volume
Système potentiellement opérationnel sur ce lac
Précision : 150 000 m soit 5,5 % du volume dans 75 % des cas
Données altimétriques actuellement indisponibles
Importance de disposer de données multi-temporelles
Meilleure adaptation aux cas particuliers
Étude pluriannuelle
Relation entre surface et hauteur satellitaires
Comparaison et analyse du cycle annuel (2010)
Relation entre données satellitaires et données terrain
ALTIMETRE / VOLUME
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
SAR / Volume
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Meilleurs résultats

Surtout avec l'altimétrie
Assure une précision de 100 000 m soit 3,3% du volume moyen dans 90% des cas
3
Données satellitaires et terrain
Suivi
Calcul de volume
Variation
Uniquement données satellitaires
Lac assimilé à une forme géométrique simple
Intervalle de temps entre mesures utilisées
< 5 jours
variation moyenne < à 5000 m soit 0.2 % du volume moyen
Comparaison entre variations observées et estimées
Bons résultats
Écart moyen 80 000 m soit 3 % du volume moyen

Étude annuelle
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Lac de Savéres (A)
Validation des mesures altimétriques
Comparaison entre hauteurs terrain altimétrique
Objectif n°1 en partie validé
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Résultats
Conclusion - Perspective
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Conclusion
Les deux objectifs fixés sont atteints :


Étendre l'altimétrie radar à de petites masses d'eau continentales (< 100 hectares)
Oui à certaines conditions
Si conditions remplies, très bons résultats (précision de l'ordre de 30 cm)

Réaliser des estimations de volume à partir de mesures satellitaires
Oui à certaines conditions
Uniquement mesures satellitaires = calcul et suivi de variation
Données satellitaires et terrain = calcul et suivi de volume total
Perspectives
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Améliorer l'extraction des surfaces

Établir un catalogue des lacs observables par altimétrie satellitaire





Augmenter la quantité et la qualité des données disponibles
Classification spécifique à chaque type de capteur
Critères à explorer :
Topographie autour du lac
Type de sol
Forme et l'emplacement du lac / à la trace altimétrique
Variations (hauteur) du lac
Type de capteur utilisé

Banalisation des données satellitaires
Lancement de nouvelles missions, Sentinel-1 (2013) Sentinel-3 (2014), SWOT (2019)
MERCI
Données disponibles
Lac de Saint-foy (C)
Valorisation scientifique
Préparation des données de surface
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Reprise de travaux existants
Classification automatique (ENVI)
Séparation des données en 2 catégories


Capteur Basse résolution ( Spot 4 et 5, Landsat 5 et 7 et Envisat)
Capteur Haute résolution (Terrasar-x, Radarsat-2 et Formosat)
Pas de protocole prédéfini
Utilisation du logiciel VALS
Développé pour les grands fleuves, lacs et plaines d'inondation
Nuages de points bruts
Sélection manuelle des points
Préparation des données altimétriques
Nuage exploitable
forme de "U"
Nuage
NON - exploitable

Représente l'ensemble des données enregistrées par les altimètres
Cycles sélectionnés
Cycles non sélectionnés
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET


En moyenne 70% des mesures retenues



Méthode - mise forme des données
Station virtuelle
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Zone tampon de 2 km autour du lac

Récupérer des points avant, sur et après le lac pour chaque cycle


Annexes
Lac de Savéres
Lac de Saint-Foy
La c de la Bure
Référence
Évolution des mesures sur 7 ans
Améliorer l'estimation
Évaluer la qualité des mesures satellitaires au cours d'un cycle annuel
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Maubant Jérôme Le 28 juin 2013 TFE - ESGT - CESBIO - GET
Altimètre / Volume
(3 phases)
Altimètre / Volume
(selon année)
Altimètre / Volume
(état de remplissage)
Homogène
Légèrement meilleure durant les phases stables du lac

Identifier et corriger les défaillances du système de mesure satellitaire ou terrain
Tendance générale à long terme
Découper le remplissage en plusieurs phases

Inconvénients
Disposer de données sur plusieurs années
Propre à chaque type de lac
Baup, F., Fieuzal, R., Marais-Sicre, C., Dejoux, J. F., le Dantec, V., Mordelet, P., ... & Kidd, R. (2012, July). MCM'10: An experiment for satellite multi-sensors crop monitoring from high to low resolution observations. InGeoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 2012 IEEE International (pp. 4849-4852). IEEE.

Crétaux, J. F., & Birkett, C. (2006). Lake studies from satellite radar altimetry. Comptes Rendus Geoscience, 338(14), 1098-1112.

Frappart, F., Calmant, S., Cauhopé, M., Seyler, F. Et Cazenave, A. (2006). Prelimilary results of envisat ra-2 derived water levels validation over the amazon basin. Remote Sensing of Environment,100:252–264.

Fu, L.-L. Et Cazenave, A. (2001). Satellite altimetry and Earth sciences, volume 69 de International geophysics. Academic press

Mercier, F. (2001). Altimétrie spatiale sur les eaux continentales : apport des missions TOPEX/POSEIDON et ERS1&2 à l’étude des lacs, mers intérieures et bassins fluviaux.

Mercier, F., Cazenave, A. Et Maheu, C. (2002). Interannual lake level fluctuations (1993-1999) in africa from topex/poseidon : Connection with ocean-atmosphere interactions over indian ocean. Global Planet, Change 32:141–163.

Santos da Silva, J., Calmant, S., Seyler, F., Rotunno Filho, O. C., Cochonneau, G., & Mansur, W. J. (2010). Water levels in the Amazon basin derived from the ERS 2 and ENVISAT radar altimetry missions. Remote Sensing of Environment, 114(10), 2160-2181.
3
3
3
200 000 m soit 7% du volume moyen
3
70 000 m soit 2,5% du volume moyen
3
0,21 mètre soit 5% de la varaition totale
0,3 mètre soit 7% de la varaition totale
Relation marquée
Nécessite des données quasi synchronnes

Variation de surface plus forte en début de remplissage
Et Inversement en fin de remplissage
Caractériser la forme générale des lacs observés

3
160 000 m soit 6% du volume moyen
3
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