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Thèse soutenue

Observations et caractérisation des échanges d'eau et d'énergie dans le continuum sol-plante-atmosphère en condition de relief collinaire : cas du bassin versant Kamech, Cap Bon, Tunisie

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Auteur / Autrice : Rim Zitouna-Chebbi
Direction : Marc Voltz
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Science du sol
Date : Soutenance en 2009
Etablissement(s) : Montpellier SupAgro

Résumé

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Sur la rive sud de la Méditerranée, les zones de relief sont le siège d’une intensification des activités agricoles, leurs structurations permettant la captation des eaux de ruissellement. Les enjeux sont l’adaptation à une demande alimentaire croissante et le maintien des populations locales. Au regard de ces pressions anthropiques, conjuguées avec les changements climatiques attendus, il est nécessaire de développer des outils d’aide à la décision pour une gestion optimale de ces agrosystèmes. Dans ce contexte, la quantification des échanges d’énergie et d’eau à l’interface sol - végétation - atmosphère est primordiale, car ils sont étroitement liés aux rendements agricoles, et ils représentent les deux tiers du bilan hydrologique en région semi-arides. Cependant, peu de travaux ont été menés sur ce type de relief caractérisé par des structurations collinaires. La présente étude vise à observer et caractériser les échanges d’énergie et de masse à l’interface sol - végétation - atmosphère, à l’intérieur d’un petit bassin versant agricole à structuration collinaire. Afin de s’assurer de la cohérence des observations mises en œuvre, nous avons recours à deux méthodes indépendantes qui sont le bilan d’énergie et le bilan hydrique, et dont la comparaison à différentes échelles spatiotemporelles se fait via l’évapotranspiration réelle. Pour le bilan d’énergie, nous considérons des techniques de mesures éprouvées en conditions de relief montagneux : les mesures par covariances turbulentes et par scintillométrie. L’analyse des conditions environnementales a montré que le site d’étude est soumis à un forçage de vent externe, avec deux directions de vent dominantes qui induisent des écoulements ascendant et descendant sur les deux versants face au vent. Par suite, les plans d’écoulements capturés par covariances turbulentes sont fortement corrélés à l’inclinaison topographique capturée par MNT, avec des tendances à l’horizontalité selon les conditions de couverture végétale et d’écoulement (ascendant ou descendant). Dans un troisième temps, les corrections d’inclinaison sur les mesures par covariances turbulentes sont significatives, et les flux convectifs sont très variables selon l’écoulement. Cette dernière tendance s’observe aussi pour le rayonnement net, les analyses des variables intermédiaires suggérant une variation de la température de surface en lien avec une variation de la chaleur sensible. Par suite, nous avons comparé les estimations locales par covariances turbulentes et celles intégrées par scintillométrie. Les résultats montrent une surestimation par scintillométrie, expliquée par une caractérisation inadéquate de la hauteur de mesure. Pour finir, la comparaison entre bilan d’énergie et bilan hydrique suggère qu’il est nécessaire d’affiner ce dernier. Estimations énergétiques et hydriques permettent néanmoins de caractériser la dynamique saisonnière de l’état hydrique des cultures, avec des apports en eau suffisants en début de cycle, mais de possibles stress en pleine croissance ou en fin de cycle. L’ensemble de ces travaux montre la cohérence des mesures de flux collectées dans des conditions environnementales particulières, ces mesures pouvant être utilisées pour des travaux ultérieurs de modélisation. Au regard des résultats obtenus, en particulier des variations de flux convectifs selon les conditions d’écoulement, il s’avère en effet nécessaire de reconsidérer les paramétrages actuels des coefficients d’échanges turbulents, afin de les adapter aux effets de couplage entre topographie et direction du vent