Conservation des sols - travail du sol et résidus végétaux

La conservation des sols est une question majeure en agriculture. Les méthodes de labour ont un effet direct sur leur sensibilité à l'érosion éolienne et hydrique et leur qualité, notamment la préservation de la matière organique du sol. Il est important, pour la conservation des sols de pouvoir surveiller les labours et les résidus.

Le volume de résidus et le labour modifient le caractère de la surface (en fonction des instruments aratoires utilisés et du nombre de passages de la charrue) , , . Étant donné que les signaux rétrodiffusés dépendent fortement des propriétés des champs, notamment leur irrégularité, les données polarimétriques pourraient s'avérer très utiles pour la surveillance des labours et des résidus de récoltes.

On a prouvé que plusieurs grandeurs polarimétriques permettaient de distinguer les labours et les résidus. Nous présentons dans les paragraphes qui suivent des exemples d'utilisation des signatures de copolarisation et des différences de phases entre les canaux copolarisés

9.1.2.1 Signatures polarimétriques

Les signatures de polarisation sont une méthode graphique qui permet de visualiser la diffusion du signal par la cible, en fonction des polarisations du signal émis et du signal reçu. Les signatures de polarisation nous donnent une représentation graphique des propriétés diffusantes des cibles, ce qui permet, ensuite, de les distinguer. Les exemples qui suivent montrent comment différents types de labour et diverses couvertures de résidus peuvent modifier les signatures de polarisation.

Les graphiques sont tirés d'une étude de McNairn et coll., ils proviennent d'images obtenues avec l'instrument SIR C de champs présentant différents types de labour et de résidus.

A) Champs labourés avec peu ou aucun résidus

Les graphiques de copolarisation qui suivent proviennent d'images dans les bandes C (figure 9-1) et L (figure 9-2), de champs labourés recouverts d'une couche variable de résidus. Ces observations ont été prises avec des angles d'incidence entre 42° et 50°.

A) Résidus de la culture du pois (couvrent 25 % du sol.)	B) Résidus de la culture de la lentille (couvrent 25 % du sol.)	C) Résidus de la culture du canola (couvrent 40 % du sol.)
D) Résidus de la culture du blé ou de l'orge (couvrent 20 % du sol.)	E) Résidus de la culture du tournesol (couvrent 40 % du sol.)
Figure 9-1. Signatures en copolarisation dans la bande C de champs labourés recouverts de peu ou pas de résidus. (Tiré de ).

Les champs les plus lisses, c'est à dire ceux dont la couverture de résidus est la plus fine, sont caractérisés par une rétrodiffusion maximale dans la polarisation VV (angle d'orientation de 90°). La rétrodiffusion des champs recouverts de résidus de canola, de blé ou d'orge et de tournesol est approximativement égale pour toutes les polarisations linéaires, ce qui suggère que ces champs soient plus inégaux.

A) Résidus de la culture du pois (couvrent 25 % du sol.)	B) Résidus de la culture de la lentille (couvrent 25 % du sol.)	C) Résidus de la culture du canola (couvrent 40 % du sol.)
D) Résidus de la culture du blé ou de l'orge (couvrent 20 % du sol.)	E) Résidus de la culture du tournesol (couvrent 40 % du sol.)
Figure 9-2. Signatures en copolarisation dans la bande L de champs labourés recouverts de peu ou pas de résidus. (Tiré de ).

Cet exemple d'observation dans la bande L montre les réponses typiques de la surface de champs labourés ou couverts d'une couche très fine de résidus. La réponse maximale est observée pour un angle d'orientation de 90°. La réponse semble plate en fonction de la longueur d'onde. La signature polarimétrique de ces champs présente une faible hauteur de socle (de 0,18 à 0,24), ce qui indique qu'il y a peu de dépolarisation, et donc confirme que, dans ce cas, la diffusion sur la surface est le mécanisme principal. Ces surfaces ne sont pas assez irrégulières ou ne portent pas assez de matières végétales pour provoquer des échos multiples ou une diffusion de volume. Les différences dans les canaux de rétrodiffusion VV et HH sont beaucoup plus prononcées dans la bande L que dans la bande C, puisque les surfaces semblent plus lisses lorsqu'elles sont observées avec une grande longueur d'onde.

B. Diffusion multiple sur des champs non labourés, couverts de résidus,

Les graphiques de copolarisation qui suivent proviennent d'images dans les bandes C (figure 9-3) et L (figure 9-4), de champs labourés recouverts d'une couche variable de résidus.(Tiré de )

Hormis l'image (a), les graphiques dans la bande C présentés à la figure 9-3, montrent la surface en forme en selle, typique d'une double réflexion. Le socle de ces signatures de copolarisation est plus élevé, ce qui indique que la diffusion par un champ non labouré est plus dépolarisée relativement aux champs labourés avec une mince couverture de résidus. La réponse du champ de résidus de la culture du pois (figure 9-3a) est similaire à celle d'un champ couvert de résidus de pois, mais qui a été labouré (figure 9-1a). La comparaison de ces deux figures indique qu'une mince couche de résidus a peu d'effet sur la réponse radar, puisque cette cible semble « lisse » dans la bande C.

A) Résidus de la culture du pois	B) Résidus de la culture de la lentille	C) Résidus de la culture du canola
D) Résidus de la culture du blé ou de l'orge	E) Résidus de la culture du tournesol
Figure 9-3. Signatures en copolarisation dans la bande C de champs non labourés présentant une diffusion multiple. (Tiré de ).

Les signatures de copolarisation dans la bande L sont radicalement différentes de celles dans la bande C. Par rapport à la bande C, la diffusion par double réflexion est très réduite, un sommet dans la polarisation VV est souvent présent, ce qui indique une importante diffusion en surface des résidus de blé ou d'orge et de tournesol.

A) Résidus de la culture du pois	B) Résidus de la culture de la lentille	C) Résidus de la culture du canola
D) Résidus de la culture du blé ou de l'orge	E) Résidus de la culture du tournesol
Figure 9.4. Signatures en copolarisation dans la bande L de champs non labourés présentant une diffusion multiple. (Tiré de ).

L'étude de McNairn et coll. donne une présentation complète des effets des différentes techniques de labour et de différentes couvertures de résidus sur les graphiques polarimétriques et les autres grandeurs polarimétriques. McNairn et al

9.1.2.2 Différence de phase copolarisée

La différence des phases copolarisée est une autre grandeur polarimétrique utile pour caractériser les mécanismes de rétrodiffusion. Par exemple, dans la convention dans le sens de l'onde, une diffusion avec une seule réflexion (ou un nombre impair de réflexion) produira une différence de phase relative de 0° entre les canaux HH et VV, alors que pour une diffusion avec une double réflexion (ou un nombre pair de réflexion), la différence de phase sera de 180°. Si on choisit plutôt la convention ' vers la cible ', on provoque un changement de signe qui ajoutera 180° à la différence de phase. À titre d'exemple, un sol nu diffuse à la surface (plutôt qu'en volume) ce qui implique que la différence des phases copolarisées sera égale à 0° avec un petit écart-type.

Ulaby et coll. ont suggéré que c'est dans la distribution de ces différences (exprimées sous la forme de l'écart-type) que l'on peut tirer le plus d'informations dans les différences de phases copolarisées. Par exemple, la distribution de phase d'un champ labouré inégalement sera plus large que celle d'un champ plus lisse hersé avec des disques.

Dans leur étude, McNairn et coll. ont montré que la différence moyenne des phases copolarisées était presque nulle pour la plupart des champs couverts de résidus et qu'on ne pouvait pas en tirer beaucoup d'informations. Les cultures à maturité et non récoltées se caractérisent par des différences de phase très supérieures à 0°, la différence moyenne variant d'un champ à l'autre en fonction des diffusions multiples probables. Les différences de phase moyennes ne permettent pas de déterminer si les champs ont été, ou non, labourés, ou quel type de résidus les recouvre. Par contre on peut distinguer les champs de culture à maturité non récoltés des champs récoltés. Par exemple, les champs de maïs ou de tournesol à maturité montrent des différences de phases moyennes beaucoup plus élevées. Elles varient entre -30° et -130° et entre -30°et -90°pour les bandes C et L respectivement. On peut utiliser les données de distribution de phase, par champ, pour distinguer des champs labourés avec peu de résidus, des champs non labourés avec un grand volume de résidus. L'écart-type des différences de phases des champs avec peu de résidus est inférieur à 30°, tandis que l'écart-type des champs non labourés dépassait 45°. Ces résultats sont conformes à ceux publiés par Ulaby et coll. . La figure 9.5 (tirée de et modifiée) montre la distribution des champs en fonction des différences de phase moyennes.

Figure 9-5. Dans la bande C, la distribution des différences de phase copolarisées, par champ, ne varie pas en fonction des propriétés des résidus. (Tiré de McNairn et coll. et modifié.)

Question éclair

Question : Comparez les différences de phase de polarisation d'un champ en jachère et d'un champ de maïs sur pied. La réponse...

Question éclair - réponse

Réponse : Dans le premier cas, la différence de phase polarisée serait proche de zéro, avec un petit écart type et, dans le deuxième, la différence de phase ne sera pas égale à zéro et son écart-type serait plus élevé.