Doctorat conjoint CESBIO / UQTR en télédétection
Surveillance des combustibles forestiers (biomasse, teneur en eau) dans la forêt boréale par télédétection
Contexte :
Les régions nordiques se réchauffent plus de deux fois plus vite que le reste du globe, ce qui a un impact significatif sur les forêts boréales. Ces écosystèmes sont soumis à des phénomènes extrêmes (sécheresses, incendies) qui deviennent de plus en plus fréquents dans le contexte du changement climatique. En conséquence, le rôle des forêts boréales dans le bilan carbone peut passer de puits de carbone à source de carbone. L'assèchement croissant des forêts boréales dû au changement climatique crée des conditions de végétation et/ou de sol favorables au déclenchement d'incendies. Par exemple, l'été 2023 a été particulièrement important, puisque plus de 14.6 millions d'hectares de forêts canadiennes ont brûlé, ce qui a eu un impact sur les écosystèmes, l'habitat de la faune et de la flore, la qualité de l'air et le budget carbone.
Ces régions boréales étant vastes et difficiles d'accès, la télédétection spatiale permet d'accéder à des observations régulières pour le suivi des forêts des régions nordiques. L'objectif de la thèse est donc de tirer parti de différents jeux de données satellitaires pour étudier les caractéristiques clés liées aux combustibles végétaux (biomasse, teneur en eau de la végétation et du sol) dans les régions boréales et arctiques, et leur évolution sous l'effet d'événements extrêmes (grands incendies et sécheresses) dans un contexte de changement climatique.
Pour ce faire, il est prévu d'utiliser des données provenant de plusieurs missions spatiales, en particulier dans le domaine spectral des micro-ondes, telles que la mission SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity-ESA/CNES), SMAP (Soil Moisture Active Passive-NASA), Sentinel-1 (ESA), ALOS PALSAR (JAXA), ainsi que des observations acquises dans le domaine optique à partir de la mission Sentinel-2. L'utilisation de données LiDAR provenant de satellites tels que les capteurs ICESAT-2 ou GEDI peut également être envisagée. A partir de ces jeux de données, l'étudiant développera différentes méthodes telles que l'optimisation d'algorithmes existants, la synergie multi-capteurs, l'apprentissage automatique et/ou l'apprentissage profond.
Dans une première partie, l'étude se concentrera sur l'étude des principaux paramètres géophysiques (humidité du sol, température, neige) qui déterminent l'évolution de la biomasse et des cycles de l'eau dans ces régions septentrionales et, par conséquent, l'état des combustibles forestiers. Par exemple, dans les régions boréales, l'humidité du sol et la biomasse en hiver avec la présence de neige, ont un impact significatif sur le développement de la végétation au printemps et en été, et sur sa capacité à faire face aux événements extrêmes. Pour améliorer nos connaissances, l'étudiant affinera l'algorithme de transfert radiatif SMOS afin d’obtenir la biomasse de la végétation en hiver, en présence de neige (ce qui n’est pas possible actuellement).
Dans une deuxième partie, de longues séries temporelles seront analysées pour relier les caractéristiques de l'état hydrique du sol à l'état hydrique de la végétation. Ce point permettra d'améliorer notre compréhension de la réponse de la forêt boréale aux événements extrêmes tels que la sécheresse. Il sera nécessaire d'analyser les séries temporelles existantes de l'indice de sécheresse et de la végétation (biomasse et contenu en eau de la végétation) obtenues par télédétection passive à micro-ondes, en synergie avec les séries temporelles provenant d'autres capteurs.
Enfin, une dernière partie sera consacrée à l'évaluation de l'apport des données de télédétection multi-capteurs pour mieux surveiller la végétation avant et après ces événements extrêmes (incendies, sécheresse, oscillation arctique, oscillation nord-atlantique), et à l'évaluation de l'intérêt de l'utilisation des données satellitaires en comparaison avec les indices de risque existants (comme le risque d'incendie (Canadian Forest Fire Danger Rating System) au Canada).
Ces analyses seront éventuellement étendues en utilisant la future mission du satellite Trishna dont le lancement est prévu en 2025, qui pourrait apporter un complément intéressant aux résultats de ce travail, en particulier sur le stress hydrique de la végétation.
Spécificité de la thèse :
Cette thèse sera menée en co-tutelle entre le Cesbio (Toulouse, France) et l’UTQR (Trois-Rivières, Québec, Canada) pour une durée de 4 ans. L’étudiant passera la moitié de son temps à l’UTQR et l’autre moitié au Cesbio. Cette thèse débouchera sur une double diplomation : un diplôme de thèse Français et un Canadien. Côté Français, cette thèse sera encadrée par Marie Parrens (Enseignant-Chercheur à l’INP Purpan) et Arnaud Mialon (HDR, Cesbio). Côté Canadien, l’encadrement sera assuré par Alexandre Roy (Professeur, UTQR) et Chelene Hanes (NR-Can).
Date de début de thèse : À partir de janvier 2025
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