Modélisation de l'émission micro-onde du manteau neigeux: applications en Antarctique et au Québec

La cryosphere a un role essentiel dans le systeme climatique entre autre parce qu'elle reflechit une fraction importante de l'energie solaire parvenant a la surface de la Terre et qu'elle contient une grande quantite d'eau douce sous forme solide. Du fait de la grande sensibilite de la cryosphere aux variables climatiques comme la temperature et les precipitations, les differents elements de la cryosphere, tels que la calotte polaire Antarctique et la neige saisonniere dans les regions subarctiques, sont des indicateurs du changement climatique global. Toutefois, nos connaissances des regions polaires restent limitees par un manque d'observation in situ qui s'explique par l'isolement de ces regions et les conditions meteorologiques difficiles. L'analyse de ces observations eparses peut etre renforcee grâce a la teledetection spatiale et ainsi reduire les incertitudes sur les tendances climatiques observees aux hautes latitudes. En effet, la teledetection permet des observations continues et a grande echelle des regions polaires et subpolaires. La teledetection passive, en particulier dans le domaine spectral des micro-ondes, est adaptee a l'interpretation et au suivi des proprietes physiques du manteau neigeux. Effectivement, le rayonnement micro-onde emane du sol ou du manteau neigeux lui-meme, puis se propage jusqu'a la surface. Ainsi, le rayonnement emergeant contient de l'information sur les variations verticales des proprietes de la neige, telles que la temperature ou les proprietes de microstructure (taille de grains et densite). Ces trois proprietes de la neige determinent l'emission micro-onde d'un manteau sec. Lorsqu'il est humide, la teneur en eau liquide devient par contre la propriete dominant l'emission. Les evolutions temporelles et les variations verticales de ces differentes proprietes sont definies par la metamorphose. Leur lien avec l'emission micro-onde est considere dans le transfert radiatif. Cette these a pour objectif d'expliquer l'emission micro-onde de la neige par voie de modelisation afin de comprendre l'evolution des principales proprietes physiques de la neige. Le transfert radiatif dans la neige a ete calcule avec les modeles multicouches Microwave Emission Model of Layered Snowpacks (MEMLS) et MultiLayered Dense Media Radiative Transfer (DMRT-ML), s'appuyant sur des approches respectivement semi-empirique et theorique. Les profils stratigraphiques de la neige utilises en entree ont ete mesures, estimes de facon aleatoire, modelises avec une relation simple de la metamorphose ou avec le modele d'evolution thermodynamique de la neige Crocus. Ces modeles et approches ont ete appliques sur deux types de manteau neigeux, permanent en Antarctique et saisonnier au Quebec. Dans le premier cas, l'evolution temporelle de la temperature de brillance a ete modelisee localement, a Dome C, a partir de mesures in situ des proprietes de la neige. Dans cette approche, l'emissivite est modelisee a partir de mesures et reste par consequent applicable localement. Pour modeliser l'emissivite a l'echelle de l'Antarctique, differents profils synthetiques de taille de grains et de densite ont ete testes. Dans tous les cas, la variation verticale de la taille de grains est apparue determinante pour prevoir l'emissivite en polarisation verticale. Cette sensibilite a ete exploitee pour estimer a l'echelle du continent cette variable glaciologique importante. Le profil de densite et les proprietes de surface determinent quant a eux l'ecart entre les polarisations verticale et horizontale. L'emission micro-onde d'un manteau saisonnier au Quebec a egalement ete abordee. La specificite de l'etude est de prevoir l'evolution temporelle de la temperature de brillance avec un modele d'evolution thermodynamique de la neige couple a un modele de transfert radiatif micro-onde, ici Crocus-MEMLS. Cette approche a permis d'interpreter finement l'evolution temporelle des temperatures de brillance mesurees avec un radiometre au sol et de mettre en doute certaines relations physiques du modele Crocus. Les resultats ont mis en evidence la complexite du signal micro-onde pour des manteaux evoluant rapidement a des temperatures proches du point de fusion.