Contrôle radiofréquence de l'écoulement de l'eau dans le sol et de l'absorption racinaire

CESAR
ANR JC 2006-2010
Contrôle de l’Ecoulement
de l’eau dans le Sol
et de l’Absorption Racinaire
Contacts : Amélie LITMAN - 04 91 28 80 04 – [email protected]
Aix-Marseille Univ, CNRS, Centrale Marseille - Institut Fresnel, Cerege
INRA Avignon – EMMAH
Ghent Univ - INTEC
CONTEXTE ET ENJEUX
La teneur en eau du sol est un paramètre clé pour décrire les
transferts en eau et en énergie dans le continuum sol/plante/air
et améliorer à terme les pratiques agricoles et réduire la
pollution. Les méthodes traditionnelles de contrôle de l’humidité
du sol sont invasives, coûteuses en temps et en argent. De
nouvelles méthodes adaptées au contrôle en continu de tels
phénomènes sont fortement recherchées, en particulier pour
des milieux fortement saturés et/ou très argileux.
Variation de la
teneur en eau du sol
Images d’une colonne de sol au début et à la fin d’un apport en eau
Atténuation
(en dB)
7 GHz
7
Estimation
hydrodynamique
-20
Jour 1
Temps (n°) 5
-22
-24
10
-26
Modèles empiriques
Jour 2
Inversion
-28
15
-30
20
Variation de la
permittivité/conductivité du sol
Estimation
électromagnétique
-32
Jour 3
25
-34
-36
Jour 430
-38
Equations de Maxwell
Propagation/Diffraction
Variation de la réponse
des capteurs électromagnétiques
Tomographie
Inversion
Mesures
électromagnétiques
OBJECTIFS et METHODES
Ce projet tenait à démontrer les potentialités d’une imagerie
micro-onde non destructive pour visualiser l’évolution de
l’humidité dans le proche sous-sol, le but final étant de proposer
un instrument complémentaire à la télédétection et aux
capteurs in-situ. Cette démarche exploite la relation qui lie la
permittivité complexe du sol à sa teneur en eau et à sa salinité.
Trois dispositifs expérimentaux associés à des outils numériques
de traitements de mesure performants ont été développés.
Chaque dispositif, de part sa géométrie, répond à une
problématique différente : la caractérisation de petits
échantillons, la caractérisation d’échantillons cylindriques de
sols intacts prélevés par les agronomes, ou une caractérisation
complètement non-invasive mais avec des milieux et un
environnement parfaitement contrôlé.
Cellules de mesure pour échantillons granulaires et solides
20
30
40
50
Distance (en cm)
60
70
Mesure de l’évolution du coefficient de transmission
en fonction du temps et de l’espace.
POINTS FORTS
Synergie forte entre aspects théoriques/expérimentaux
Systèmes d’imagerie micro-onde non-invasifs novateurs
Algorithmes performants d’inversion qualitatifs et quantitatifs
Interaction multidisciplinaire
Modélisation électromagnétique/transferts hydriques du sol
Mesures conjointes électromagnétiques/hydriques du sol
Visualisation d’un écoulement dans le sol par tomographie
micro-onde
PRODUCTION SCIENTIFIQUE
9 articles RICL dont
Lencrerot R. et al, Inverse Problems Sci. Eng., 17(6) :787–802, 2009
Litman A. et al, Inverse Problems in Engineering, 18 (1):19-34, 2010
Sabouroux P. et al, PIER B, 29:191-207, 2011
Zhang X. et al, IEEE Geo. Remote Sens. Letters, 8(3):421-425, 2011
PERSPECTIVES SCIENTIFIQUES
Amélioration précision mesures/algorithmes
Imagerie quantitative robuste
Système multi-capteurs type GPR
Mesures in-situ
Evolution temps/espace
Aspects 3D et couplage physique/biologique
(prélèvement hydrique racinaire)