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Modélisation des échanges d’énergie et de masse d’un couvert végétal,
dans le but de relier la transpiration et la photosynthèse aux mesures
de réflectance et de température de surface
Albert OLIOSO
Laboratoire INRA associé à la chaire de Bioclimatologie INAPG,
F-78850 Thiverval-Grignon, FRANCE
tel : (1) 30 81 55 41 ; fax : (1) 30 81 55 63 ; Email : olioso@bcgn.grignon.inra.fr
Résumé
A model is developped to analyze the combination of spectral reflectances and infrared brightness tem
perature in order to assess energy and mass exchanges of vegetal canopies with their environment. This
two-layered model describes the energy balances of the vegetation and the soil, giving access to soil evap
oration and plant transpiration. Calculation of canopy photosynthesis, spectral reflectances and infrared
brightness temperature are also performed. A detailled parametrization of leaf photosynthesis and stomatal
conductance is included. The model is validated throughout the cycle of a soybean crop. It can be used to
analyze some aspects of the canopy processes, as those linked to the stomatal regulation. It may also be
used to retrieve fluxes by inverting remote sensing measurements.
1 Introduction
La compréhension des échanges d’énergie et de masse d’un couvert végétal avec son environnement est
utile à l’analyse et à la gestion de la productivité des écosystèmes agricoles et naturels. La modélisation du
fonctionnement du couvert est un moyen privilégié pour réaliser cette analyse puisque elle permet de décrire
les interactions entre les caractéristiques des couverts (aussi bien physiques que physiologiques) et celles de
l’environnement (atmosphère et sol). Des modèles ont ainsi été développés pour interpréter les données de
télédétection en relation avec le fonctionnement du couvert (Soer 1980 [13], Taconet et al. 1986 [14], Hope et
al. 1988 [8], Van de Griend et Van Boxel 1989 [15], Carlson et Lynn 1991 [2]). Ces modèles sont généralement
utilisés pour étudier l’évapotranspiration à partir des mesures dans le domaine thermique, sans utiliser la
complémentarité avec d’autres domaines, et sans étudier la photosynthèse. Très peu de modèles permettent
de telles analyses (Hope et al. 1988 [8]). Dans cette étude, un modèle est présenté qui permet la simulation
des réflectances spectrales et de la température de brillance infrarouge, ainsi que de la transpiration et de la
photosynthèse. Ce modèle a aussi été étendu au domaine hyperfréquence dans une autre étude (présentée dans
ce colloque par Wigneron et al. 1994 [18]).
2 Modélisation
Le bilan d’énergie du couvert est déterminé d’une part à la surface du sol (indice s) et d’autre part pour
la végétation (indice v), ce qui permet de distinguer la transpiration et l’évaporation, ainsi que d’améliorer la
détermination de la température de brillance :
Rn v = LE V + H v (1)
Rn, = LE, + H, + G, (2)
fin,, fi,-, LEi et G, représentent les rayonnements nets, les flux de chaleur sensible, les flux de chaleur latente
et le flux de chaleur dans le sol. Les flux globaux à l’échelle du couvert sont :
fin = fin„ -f fin, (3)
LE = LE V + LE, (4)
H = H v + H, (5)
L’ensemble de ces flux, ainsi que la photosynthèse, sont calculés en faisant appel à la paramétrisation des
transferts radiatifs, des transferts turbulents, des transferts hydriques, des conductances stomatiques et des
photosynthèses foliaires.
