Thèse Suivi à Haute Résolution de la Production Primaire Brute et de l'Efficience d'Utilisation de l'Eau Impact du Stress Hydrique de la Plante Issu des Données Infrarouge Thermique des Satellites H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace Laboratoire de recherche : CESBIO - Centre d'Etudes Spatiales de la BIOsphère Direction de la thèse : Gilles BOULET ORCID 0000000239057560 Début de la thèse : 2027-09-01 Date limite de candidature : 2026-11-23T23:59:59 La cartographie de la production primaire brute (GPP) à l'échelle des parcelles est nécessaire pour suivre les bilans des gaz à effet de serre, la production de biomasse et les rendements agricoles. À ce jour, la plupart des méthodes permettant d'estimer spatialement la GPP s'appuient soit sur des modèles d'inversion simples, souvent semi-empiriques, alimentés par des données de télédétection couramment disponibles dans le spectre visible-proche infrarouge, soit sur des modèles de fonctionnement plus complexes qui assimilent ces données. Cependant, les variables biophysiques déduites des données visibles-proche infrarouge permettent principalement de dériver une fraction de couverture de la végétation photosynthétiquement active, ou un indice de surface foliaire verte. Elles offrent un aperçu limité de l'activité physiologique réelle des plantes, en particulier de leur capacité photosynthétique et de la régulation de la GPP.
Les progrès récents se sont donc concentrés sur les signaux de télédétection plus directement liés à l'activité photosynthétique, tels que la fluorescence chlorophyllienne induite par le soleil (SIF). Malgré leur forte pertinence théorique, les missions SIF actuelles et à venir, y compris FLEX, n'offrent pas une résolution spatiale suffisante pour résoudre les paysages agricoles hétérogènes composés de multiples champs et types de cultures. De plus, ces observations ne permettent pas d'estimer simultanément l'efficacité de l'utilisation de l'eau (WUE) à des échelles spatiales comparables.
Les futures missions satellitaires dans le domaine de l'infrarouge thermique (TIR), telles que TRISHNA (2027) ou LSTM (2030), offrent une occasion unique de compléter les algorithmes existants d'inversion de la GPP. A travers la température de surface, les observations TIR à haute résolution spatiale permettent de restituer les effets du stress hydrique des plantes par le biais de la régulation stomatique, obtenant ainsi des estimations conjointes de la GPP et de la WUE à l'échelle des feuilles et des écosystèmes. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire de mettre à jour les modèles de bilan énergétique à double source basés sur la physique, tels que SPARSE (Boulet et al., 2015) et TSEB (Kustas et al., 1992), afin d'y intégrer des formulations plus avancées du contrôle stomatique. Un défi supplémentaire réside dans la caractérisation de la dynamique diurne de la régulation stomatique et de la photosynthèse. Alors que les observations TIR à haute résolution ne sont généralement disponibles qu'aux alentours de midi, les estimations quotidiennes de la GPP et de la WUE nécessitent des informations sur l'ensemble du cycle diurne. Cela nécessite l'intégration de données TIR à haute résolution avec des observations géostationnaires du rayonnement entrant.
Les principaux objectifs de cette thèse de doctorat sont donc les suivants :
- Faire évoluer le modèle existant de restitution du bilan énergétique à double source afin d'y intégrer les contrôles physiologiques sur la GPP par le biais de la régulation stomatique.
- Tester et évaluer les formulations sélectionnées à l'aide des ensembles de données multisites existants couvrant un large éventail de conditions climatiques, allant des environnements subhumides secs aux environnements arides, que ce soit pour la végétation herbacée ou ligneuse.
- Évaluer l'impact de la contrainte supplémentaire dans le domaine TIR sur la précision de la restitution de la GPP et de la WUE à l'échelle des plantes et des écosystèmes, par rapport aux algorithmes semi-empiriques existants.
Ce sujet s'inscrit dans le cadre du projet RIFT « Renforcement des infrastructures : tours de flux » de FairCarbon. Il bénéficie également de l'expertise du groupe scientifique TRISHNA Ecosystem Stress Mission et y contribue. Il s'appuiera également sur le vaste ensemble de données acquises lors du projet ANR HiDRATE en France, en Inde, au Sénégal et en Tunisie. de la préparation des mission spatiales TRISHNA et FLEX, bénéficiant donc de l'environnement scientifique des deux Groupes Mission; il s'appuie sur les données du projet RIFT « Renforcement des infrastructures : tours de flux » de FairCarbon et du projet ANR HiDRATE en France, en Inde, au Sénégal et en Tunisie. Co-encadrement par le Prof; Debsunder Dutta de l'Indian Institute of Science, séjours BEST à la CEFIRSE (www.cefirse.cnrs.fr) à l'Indian Institute of Science Climate change is triggering increased dry spells, with deceitful rainy seasons impacting the productivity of rainfed agriculture, and lower levels of boreholes, reservoirs and dams putting a threat on our capacity to deliver the required irrigation. This is the case this year both in France and India, with an abnormally low monsoon for the latter. It is thus clear that agricultural practices (type of crops, type of irrigation) will have to adapt to these worsening conditions, with at several consequences: the need to plant drought resistant, a shift the cultural cycles earlier in the season, a need to organize complement irrigation for orchards (to prevent tree mortality), irrigation deficit agriculture etc. In particular, farmers will have to find the best trade-off between water consumption and yield, i.e. an optimum Water Use Efficiency. Natural landscapes are also at risk with dry vegetation putting some constraint on wildlife (e.g. the escape of Tigers from the Bandipur forest reserve), fire risk, erosion etc. For all those impacts, it is crucial to monitor both water stress and its impact on yield, which is the core objective of this PhD subject.

Master 2 ou Ingénieur issue d'une formation en hydrologie et/ou télédétection, plus largement en géosciences de l'environnement ou écologie

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