Estimation de l'eau agricole basée sur la télédétection : de l'irrigation au drainage

L'eau utilisée pour l'irrigation représente 70 % de l'eau douce mobilisée sur Terre. Pourtant, très peu d'informations sur l'irrigation sont disponibles à toutes les échelles spatiales. De plus, l'impact des activités d'irrigation sur les écosystèmes situés à l'aval n'est pas toujours évalué car le drainage des périmètres irrigués est encore peu suivi. Dans ce contexte, cette thèse s'est attachée à proposer des outils combinant des données de télédétection et un modèle (SAMIR) de bilan d'eau des cultures pour estimer l'irrigation et le drainage des périmètres irrigués. Ces outils ont été calibrés et validés sur le périmètre d'Algerri-Balaguer (AB) de 80 km² situé dans le nord-est de l'Espagne, où des données d'irrigation et de drainage sont disponibles sur quelques parcelles expérimentales et à l'échelle du périmètre. D'abord, la sensibilité de SAMIR a été analysée avec la méthode Sobol sur 10 sites et 37 saisons agricoles. Sur les 12 paramètres analysés, deux intègrent l'essentiel de la sensibilité de SAMIR. Un proxy de la sensibilité de SAMIR permet de prédire avec une bonne précision lequel est le plus sensible pour un site donné. Ensuite, une nouvelle approche de simulation de l'irrigation basée sur l'assimilation de données d'irrigation a été développée pour inverser les paramètres d'irrigation de SAMIR. Le seuil de déclenchement et la dose d'irrigation ont été inversés au pas de temps mensuel à partir des données d'irrigation du périmètre d'AB de 2019. Ces paramètres ont ensuite été appliqués sur cinq années (2017 à 2021) et ont permis de très bien reproduire l'irrigation hebdomadaire observée (coefficient de corrélation r de 0.95 ± 0,02). Puis, la méthode précédente a été adaptée pour remplacer en entrée du schéma d'assimilation les données d'irrigation par des données d'humidité du sol à haute résolution (15 m) dérivées de Sentinel-1. Cette approche a montré des résultats très encourageants pour l'année 2019 (RMSD de 6.7 mm/semaine), et des performances supérieures à celles obtenues avec un module d'irrigation classique. Enfin, la précision (avec une calibration à partir de données de terrain) et l'exactitude (avec une calibration par défaut) de quatre modèles de drainage parcimonieux (deux à quatre paramètres sensibles) ont été évaluées. Les quatre modèles affichent une très bonne précision (KGE (Q0.5) de 0.77 en moyenne), et le plus simple, RU-Reservoir, est le plus précis (KGE (Q0.5) de 0.87). Cependant, un seul modèle, SAMIR-Reservoir, est capable de reproduire (grossièrement) le drainage observé lorsqu'il est calibré par défaut, sans données de drainage. L'ensemble de ces travaux ouvrent des perspectives prometteuses pour le suivi des flux d'eaux agricoles en zone irriguée en utilisant la télédétection.