Assimilation de données satellitaires pour le suivi des ressources en eau dans la zone Euro-Méditerranée

Une estimation plus precise de l'etat des variables des surfaces terrestres est requise afin d'ameliorer notre capacite a comprendre, suivre et prevoir le cycle hydrologique terrestre dans diverses regions du monde. En particulier, les zones mediterraneennes sont souvent caracterisees par un deficit en eau du sol affectant la croissance de la vegetation. Les dernieres simulations du GIEC (Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat) indiquent qu'une augmentation de la frequence des secheresses et des vagues de chaleur dans la region Euro-Mediterranee est probable. Il est donc crucial d'ameliorer les outils et l'utilisation des observations permettant de caracteriser la dynamique des processus des surfaces terrestres de cette region. Les modeles des surfaces terrestres ou LSMs (Land Surface Models) ont ete developpes dans le but de representer ces processus a diverses echelles spatiales. Ils sont habituellement forces par des donnees horaires de variables atmospheriques en point de grille, telles que la temperature et l'humidite de l'air, le rayonnement solaire et les precipitations. Alors que les LSMs sont des outils efficaces pour suivre de facon continue les conditions de surface, ils presentent encore des defauts provoques par les erreurs dans les donnees de forcages, dans les valeurs des parametres du modele, par l'absence de representation de certains processus, et par la mauvaise representation des processus dans certaines regions et certaines saisons. Il est aussi possible de suivre les conditions de surface depuis l'espace et la modelisation des variables des surfaces terrestres peut etre amelioree grâce a l'integration dynamique de ces observations dans les LSMs. La teledetection spatiale micro-ondes a basse frequence est particulierement utile dans le contexte du suivi de ces variables a l'echelle globale ou continentale. Elle a l'avantage de pouvoir fournir des observations par tout-temps, de jour comme de nuit. Plusieurs produits utiles pour le suivi de la vegetation et du cycle hydrologique sont deja disponibles. Ils sont issus de radars en bande C tels que ASCAT (Advanced Scatterometer) ou Sentinel-1. L'assimilation de ces donnees dans un LSM permet leur integration de facon coherente avec la representation des processus. Les resultats obtenus a partir de l'integration de donnees satellitaires fournissent une estimation de l'etat des variables des surfaces terrestres qui sont generalement de meilleure qualite que les simulations sans assimilation de donnees et que les donnees satellitaires elles-memes. L'objectif principal de ce travail de these a ete d'ameliorer la representation des variables des surfaces terrestres reliees aux cycles de l'eau et du carbone dans le modele ISBA grâce a l'assimilation d'observations de retrodiffusion radar (sigma°) provenant de l'instrument ASCAT. Un operateur d'observation capable de representer les sigma° ASCAT a partir de variables simulees par le modele ISBA a ete developpe. Une version du WCM (water cloud model) a ete mise en œuvre avec succes sur la zone Euro-Mediterranee. Les valeurs simulees ont ete comparees avec les observations satellitaires. Une quantification plus detaillee de l'impact de divers facteurs sur le signal a ete faite sur le sud-ouest de la France. L'etude de l'impact de la tempete Klaus sur la foret des Landes a montre que le WCM est capable de representer un changement brutal de biomasse de la vegetation. Le WCM est peu efficace sur les zones karstiques et sur les surfaces agricoles produisant du ble. Dans ce dernier cas, le probleme semble provenir d'un decalage temporel entre l'epaisseur optique micro-ondes de la vegetation et l'indice de surface foliaire de la vegetation. Enfin, l'assimilation directe des sigma° ASCAT a ete evaluee sur le sud-ouest de la France.