Etude de la dynamique spatio-temporelle de l'humidité du sol : Applications du satellite SMOS au suivi de rendement agricole en Afrique de l'Ouest et à la correction des produits satellitaires de pluies

L’humidite du sol a ete declaree Essential Climate Variable (ECV) en 2010 par l’European Space Agency (ESA) en support du travail du Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC). Dans des zones vulnerables comme l’Afrique de l’Ouest (agriculture faiblement irriguee et de subsistance, temperatures extremes et forte variabilite des precipitations), la valeur ajoutee d’informations concernant l’humidite du sol est importante, surtout dans un contexte de changement climatique. La premiere partie de ces travaux de these concerne la representation de l'humidite en profondeur a grande echelle en utilisant le triptyque mesures in-situ/teledetection/modelisation. Ces 3 methodes presentent chacune des limites: (i) la faible densite des reseaux in-situ (3 sites de mesures sur toute l'Afrique de l'Ouest), (ii) les estimations de SMOS uniquement en surface (0-5 cm) et (iii) les incertitudes des forcages de precipitation temps-reel utilises dans les modeles de surface. Afin de reduire ces limitations, une methode d'assimilation (filtre particulaire) des donnees SMOS a ete implementee dans un modele de surface empirique (API) et comparees aux mesures in-situ AMMA-CATCH. Les resultats montrent une amelioration des humidites modelisee apres assimilation. La seconde partie concerne l'impact des variations d'humidite du sol sur les rendements de mil. Une relation statistique a tout d'abord ete determinee a partir de donnees de rendements mesures sur 10 villages autour de Niamey. Les resultats montrent que les anomalies d'humidite du sol sur 20 jours debut Juillet et fin Aout - mi Septembre (periode reproductive et periode de remplissage du grain), a une profondeur d'environ 30 cm, expliquent les variations de rendement mesure a R2=0.77 sur l'ensemble de 9 villages. Cette relation a ensuite ete appliquee a l'echelle du Niger a partir de donnees de rendement issues de la FAO et de cartes d'humidite en profondeur developpees dans la premiere partie de la these. Les resultats montrent une correlation a R2=0.62 sur les annees 1998-2014. Puis la methode a ete appliquee a 3 autres pays du Sahel, montrant une correlation de 0.77. La derniere partie de ces travaux concerne l'exploitation des residus du schema d'assimilation afin de reduire les incertitudes sur les precipitations. Les produits de precipitations satellites CMORPH, TRMM et PERSIANN, dans leur version temps-reel ont ete comparees a des pluviometres avant et apres assimilation. Le resultat de cette etude montre une nette amelioration des intensites estimees. La methode a ensuite ete appliquee a un produit de precipitation utilise au centre regional AGRHYMET pour le suivi agricole, le produit TAMSAT.Ces travaux de these ont permis d'approfondir les recherches concernant le potentiel des donnees d'humidite par satellite pour des applications agronomiques. Les perspectives de ces travaux portent principalement sur : (i) l'utilisation d'autres capteurs (SMAP, ASCAT, AMSR) pour augmenter la frequence des observations d'humidite dans l'assimilation, (ii) sur des methodes de desagregation des coefficients pour la correction des precipitations a plus haute resolution spatiale et (iii) sur l'utilisation de donnees multispectrales (indices de vegetation, temperature du sol, .) pour un meilleur suivi des rendements.