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Thèse: un système de comptabilité de l'eau agricole basé sur la télédétection: de l'irrigation au drainage, H/F

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Informations générales

Référence : UMR5126-EMIBAS-007
Lieu de travail : TOULOUSE
Date de publication : vendredi 19 juin 2020
Nom du responsable scientifique : MERLIN Olivier
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

IDEWA a pour objectif d'estimer le drainage des zones irriguées à des échelles spatiales intégrées et d'évaluer son impact sur les débits des rivières et la qualité de l'eau en aval en utilisant la télédétection satellitaire. Ce projet rassemble des scientifiques de l'Universitat de Lleida (UdL), l'Observatori de l'Ebre (OE), l'Instituto di Metodologie per l'Analisi Ambientale (IMAA), l'Université Cadi Ayyad de Marrakech (UCAM) et le Centre d'Etudes Spatiales de la Biosphère (CESBIO).

Contexte

Améliorer la productivité de l'eau des zones irriguées des régions méditerranéennes semi-arides est considérée comme un objectif prioritaire au niveau européen. Or il existe des lacunes importantes quant à la connaissance de la quantité d'eau disponible sur une saison agricole complète et de la quantité qui devrait être utilisée pour gérer l'irrigation de manière efficiente. Devant ce constat, davantage d'informations sur les usages de l'eau sont nécessaires afin d'améliorer la planification agricole et mieux gérer les ressources en eau à des échelles spatiales variées.
L'agriculture est une pression majeure sur les ressources en eau et la relation entre disponibilité en eau et production alimentaire est une question qui reste à clarifier en raison de la croissance de la population. Les pays méditerranéens sont particulièrement sensibles aux problèmes de pénurie de la ressource car dans ces régions l'irrigation peut représenter 70% de l'eau mobilisée. Développer et mettre en œuvre des mesures et des outils pratiques qui soutiennent une gestion plus productive et durable des ressources en eau jouent un rôle crucial dans le programme européen.
IDEWA propose le développement d'outils innovants de gestion de l'irrigation basés sur des données de télédétection qui tombent aujourd'hui à point nommé en permettant le suivi i) de l'utilisation de l'eau et du drainage à l'échelle de la parcelle et du bassin et ii) des effets sur l'écosystème. Bien que le drainage soit généralement peu étudié ou quantifié, il s'agit d'un terme clé du bilan d'eau qui contrôle à la fois la salinité du sol des surfaces irriguées et le cours d'eau principal à travers les flux de retour. IDEWA a pour but d'inclure le drainage de manière explicite dans l'estimation du bilan d'eau de l'échelle de la parcelle au bassin versant, afin de relier les questions de productivité de l'eau, de qualité de l'eau et de préservation des écosystèmes, et de fournir un système d'aide à la décision utile pour leur gestion commune.

Activités de la thèse

Le sujet de thèse a pour ambition de développer des outils de télédétection permettant de fermer le bilan d'eau de la parcelle agricole au périmètre irrigué en prenant en compte le drainage pour soutenir une agriculture durable. L' étudiant.e s'appuiera sur les produits de télédétection récemment développés sur la zone d'étude tels que des cartes d'humidité du sol (SM), d'évapotranspiration (ET) et d'indice de stress hydrique des cultures (VEG) afin de suivre et évaluer, pour la première fois, le terme de drainage à des échelles spatiales multiples.
Nous nous intéresserons particulièrement au périmètre irrigué d'Algerri-Balaguer (A-B) situé dans le bassin de la Noguera Ribagorçana, qui est un affluent de la rivière du Segre en Espagne. Cette zone est unique par le fait que le drainage est réellement mesuré à une échelle spatiale intégrée. Pendant le remembrement il y a une 20aine d'années, un système de drainage a été installé dans chaque parcelle et relié à un réseau de canalisations enterrées sous la zone racinaire. Une telle configuration, semblable à un immense lysimètre de plusieurs milliers d'hectares, représente une excellente opportunité pour développer et tester les approches d'estimation de drainage par satellite.
Le défit principal sera de comprendre les liens existants entre irrigation et drainage aux échelles spatiales intégrées de la parcelle au périmètre irrigué. Ceci impliquera de coupler un modèle de bilan d'eau - par exemple celui de la méthode FAO à coefficient cultural double (FAO-2Kc) - avec des données de télédétection haute résolution pour simuler les flux d'eau entrant (irrigation) et sortant (ET, drainage) des parcelles irriguées. Les mesures in situ disponibles sur plusieurs parcelles expérimentales seront utilisées pour calibrer et valider les approches basées sur la télédétection. En particulier, nous avons identifié comme réflexion de départ quatre étapes successives dans lesquelles le modèle FAO-2Kc sera forcé par un indice de végétation (Satellite Monitoring of Irrigation, logiciel SAMIR):
- Estimer le drainage à l'échelle de la parcelle (calibration in situ): la modélisation du drainage sera calibrée à l'échelle de la parcelle expérimentale en utilisant les observations in situ (SM, VEG et ET).
- Estimer le drainage à l'échelle de la parcelle (calibration satellite): la modélisation du drainage est calibrée à l'échelle de la parcelle expérimentale en utilisant des données de télédétection (SM, VEG et ET).
- Estimer le drainage à l'échelle du périmètre irrigué (calibration globale): la modélisation du drainage est calibrée à l'échelle du périmètre en ajustant des paramètres globaux/effectifs à partir du drainage in situ observé sur A-B.
- Estimer le drainage à l'échelle du périmètre irrigué (calibration distribuée): la modélisation du drainage est calibrée de manière indépendante pour chaque parcelle sur la zone en utilisant des données de télédétection (SM, VEG and ET).
L'étudiant.e en thèse sera en contact avec la communauté locale des irrigants afin de contribuer au transfert de connaissance bi-directionnel i.e. s'assurer que les recherches répondent au besoin des utilisateurs finaux et que les résultats de la recherche atteignent la communauté ciblée en renforçant ses qualifications et compétences.

Contexte de travail

La thèse sur 3 ans sera financée par le projet IDEWA (Irrigation and Drainage monitoring by remote sensing for Ecosystems and Water resources management, 2020-2023) du programme PRIMA (http://prima-med.org). Tandis que le travail de thèse sera principalement basé au CESBIO, Toulouse, des mobilités (jusqu'à 12 mois) en Espagne et au Maroc seront proposées dans le cadre du projet ACCWA du programme d'échange européen Research and Innovation Staff Exchange (https://accwa.isardsat.space/). Les frais de déplacement seront couverts par un supplément de salaire de 2100 € par mois durant les mobilités de longue durée. Une co-tutelle entre l'Université de Toulouse est l'Universitat de Lleida est envisagée

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