Dynamique spatio-temporelle de l'enneigement en montagne à partir des données de Sentinel-1

Auteur moral

Université de Toulouse

Auteur moral

Karbou, Fatima ; Rabatel, Antoine

Année de publication

2025

En zone de montagne, la neige a un impact significatif sur le climat, l'hydrologie, la gestion des ressources en eau et les avalanches. Le suivi de la neige humide, c'est-à-dire la neige qui contient de l'eau liquide, est crucial pour comprendre le processus de fonte des neiges et d'autres processus nivo-hydrologiques qui en résultent, comme les crues soudaines.La télédétection spatiale nous fournit des informations spatialisées en montagne, dans des zones où la densité d'observations in situ est faible. Les images optiques, telles que celles fournies par Sentinel-2 et MODIS, permettent de détecter les étendues couvertes de neige. Les radars à synthèse d'ouverture (SAR, synthetic aperture radar) ont l'avantage d'être sensibles à la présence d'eau liquide dans le manteau neigeux. Contrairement aux images optiques, ils sont quasi indépendants des conditions atmosphériques. Les méthodes de détection de la neige humide à partir des images SAR reposent sur l'exploitation de méthodes de détection du changement avec divers niveaux de complexité. Les objectifs de cette thèse sont : (1) d'explorer le contenu en information des observations SAR dans des environnements de neige et de glaciers ; (2) d'optimiser les méthodes de détection de neige humide en montagne ; (3) d'étudier la variabilité spatio-temporelle de l'enneigement en montagne ; (4) d'analyser les évènements nivo-météorologiques d'intérêts pour la neige humide tels que les événements de pluie sur neige et le dépôt des poussières désertiques.Dans cette thèse, nous avons exploité une méthode de détection de la neige humide, dite Magenta, qui utilise l'espace RGB pour former une image composite entre une image de référence et une image à une date donnée. Cet algorithme permet d'obtenir des cartes binaires de neige humide à chaque acquisition SAR.En exploitant le découpage des montagnes françaises en massifs, nous avons mis au point une nouvelle méthode nous permettant de reconstituer l'étendue de neige totale (humide et sèche) à partir de la neige humide de Sentinel-1. Nous avons évalué avec succès la pertinence de nos estimations sur les massifs de la Vanoise et du Queyras de 2015 à 2024 en les comparant avec la superficie totale de l'enneigement vue par des capteurs optiques de différentes résolutions au sol (Sentinel-2 et MODIS).Nous nous sommes également intéressés aux événements de pluie sur neige (ROSE, rain-on-snow events) dont l'intérêt est capital en régions de montagne. Les signaux de pluie sur neige peuvent être détectés à partir des images SAR en examinant la variabilité des distributions de neige humide par altitudes et orientations. Deux cas d'évènements de pluie sur neige intenses ont été détaillés pour évaluer une nouvelle méthode de détection dans les Alpes et dans les Pyrénées.Enfin, la dynamique d'enneigement dans le bassin versant du glacier de Saint-Sorlin a été étudiée avec les données Sentinel-1 et des simulations du modèle de neige Crocus. Nous montrons que les trois phases de fonte du manteau neigeux peuvent être identifiées à partir des séries temporelles du coefficient de rétrodiffusion SAR. Nous montrons entre autres que le début de la fonte simulé par Crocus est en avance de 5 à 10 jours par rapport aux observations satellites. Sur les zones d'accumulation et d'ablation du glacier, le signal SAR a été confronté aux images optiques Sentinel-2 pour identifier les différents états à la surface du glacier (glace vive, neige humide, neige sèche).</div>

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