Groupe de Recherche GRITE

 

Le GRITE est une composante du CESBIO (Centre d'Etudes Spatiales de la Biosphère : http://www.cesbio.ups-tlse.fr/) implantée à l'IUT-A. Son objectif est l’étude des interactions entre les surfaces continentales (surfaces végétales et urbaines) et l’atmosphère via le développement technologique et la modélisation :

(1) Conception et réalisation de nouveaux instruments de mesures environnementales : flux de masse (CO2, H2O, etc.) et d'énergie.
(2) Modélisation 3D : images de télédétection spatiale, bilan radiatif, bilan d'énergie, et flux de masse et d'énergie.

Le GRITE collabore étroitement avec le personnel technique du CESBIO, notamment dans le cadre du projet Sud Ouest (http://www.cesbio.ups-tlse.fr/fr/sud_ouest.html).

Personnel :
- Brut Aurore : Maître de Conférences (CNU 34)
- Beteille Jean Pierre : Maître de Conférences (CNU 32)
- Gastellu-Etchegorry Jean Philippe : Professeur (CNU 34). Responsable.


campagne AACESS - CESBIO -

Collaborations :
- Instrumentation flux : METEO-France / CNRM/GMEI
- Modélisation 3D : NASA (USA), ESA (Pays Bas),… Distribution de licence du modèle DART par l'UPS.

Publications 2005-2011 dans revues à comité de lecture : 16

Travaux de recherche :

  • · Instrumentation
  • · Modélisation
  • Publications à comité de lecture des membres de l’équipe :

L’objectif de ce groupement de recherche est de développer des instruments de mesure de paramètres environnementaux en liaison avec les études et modélisations menées dans les projets du Cesbio, et en particulier pour compléter les informations fournies par la télédétection. L’accent est mis sur la conception et la réalisation de nouveaux instruments (scintillomètres) dédiés à la mesure spatialisée de flux de masse et d’énergie entre la surface et l’atmosphère.
L’intérêt d’un scintillomètre réside dans sa capacité à intégrer les mesures des échanges de chaleur sensible sur des échelles allant de la centaine de mètres à quelques kilomètres, et fournit des données bien adaptées pour la modélisation ou pour les images satellitaires. Dans le cadre d’une thèse, un prototype classique a été entièrement développé et installé, sur le site de cultures de Lamasquère (cf. photo ci-dessus). Cet instrument fournit en continu des mesures de chaleur sensible sur la parcelle.

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Pour estimer les flux de chaleur sensible à partir de données scintillométriques, on peut utiliser divers algorithmes reposant sur des hypothèses différentes. Une étude méthodologique a été menée pour déterminer les conditions optimales d’utilisation de chacun de ces algorithmes (Solignac et al, soumis). La méthode dite « energy balance closure », proposée par Hoedjes et al. (2002) s’avère plus facile à appliquer avec une instrumentation moindre et une bonne précision, exceptée cependant, comme pour la plupart des méthodes, lors des cas où le rapport chaleur sensible sur chaleur latente est très faible (<1).

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Figure 1 : Comparaison des flux de chaleur sensible mesurés avec le scintillomètre avec les flux mesurés par la méthode standard des corrélations (EC) à Lamasquère en juin 2007.

 

La Figure ci-contre montre une bonne comparaison entre les flux mesurés sur une parcelle homogène par un système d’Eddy Correlation et le prototype de scintillomètre développé au GRITE.

précédente, les empreintes de mesure pour chacun des systèmes (EC, Scintillomètre) peuvent être déterminées en fonction des conditions de vent et de rugosité de la surface. La figure 2 propose une représentation de l’empreinte des flux mesurés sur le site de Lamasquère pour un vent à 270° par rapport au nord.

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Figure 2 : influence de la surface au flux
mesuré pour un vent à 270° par rapport au nord

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D’autre part, un autre prototype original de scintillomètre est en cours de développement pour mesurer de façon directe des flux intégrés de chaleur latente. Ce système repose sur un principe différentiel : on procède à l’acquisition du signal lumineux dans 2 bandes spectrales proche infra-rouge dont une correspondant à une bande d’absorption par la vapeur d’eau. On peut ainsi accéder à la mesure de l’absorption de l’eau (et par suite à la quantification de l’échange de vapeur d’eau) par comparaison entre ces deux signaux lumineux dans des bandes spectrales très proches. Actuellement, la mesure intégrée spatialement du flux de chaleur latente n’est pas aisée et seuls les scintillomètres micro-ondes permettent cette mesure mais sont peu répandus. Ce prototype permettrait d’améliorer les représentations de l’évaporation à diverses échelles, si cette technique de mesure s’avérait efficace.

Un objectif majeur de la modélisation est de relier les mesures environnementales réalisées in-situ avec les mesures de télédétection spatiale, c'est-à-dire avec des mesures qui elles aussi spatialement intégrées. L'approche adoptée repose sur le développement des modèles DART et DARTEB (http://www.cesbio.ups-tlse.fr/fr/dart.htm). Le modèle DART modélise le transfert radiatif dans les milieux naturels et urbains avec une méthode itérative de suivi de rayons, basée sur une discrétisation de l'espace et des directions de propagation du rayonnement. Le modèle DARTEB modélise le bilan d'énergie et les flux masse et d'énergie à l'interface Terre Atmosphère, à partir du bilan radiatif simulé par DART

Le modèle DART a été utilisé dans de nombreux projets du CESBIO et d'autres organismes (CNES, ESA, NASA, etc.). Il a été breveté en 2003. Sa licence est actuellement distribuée par l'Université Paul Sabatier à près d'une centaine d'universités et organismes de recherche (NASA, ESA, etc.).

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Simulations DART du quartier St Sernin (Toulouse). Bas (gauche) et haut (droite) de l'atmosphère

 

 

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  • Zagolski F, Gastellu-Etchegorry JP, Pinel V, 1996, Forest canopy chemistry with high spectral resolution, International Journal of Remote Sensing, 17:6, 1107-1128.
  • Publications soumises

    • Solignac, P.A., Selves J.L., Béteille J.P., Gastellu-Etchegorry J.P., Brut A. : Quantifying absorption contribution on the Cn² measured by a Large Aperture Scintillometer. En revision à Boundary Layer Meteorology.

     

    Brevet:
    Brevet No 2823344 sur le modèle 3-D de transfert radiatif DART (http://www.cesbio.ups-tlse.fr/fr/dart.htm)

    Conférences:  

    Solignac P.A., Coudert B., V. Rivalland, A. Brut : Flux aggregation by combining SVAT model and scintillometer measurements. EGU General Assembly  3-7 May 2010, Vienna.

    Irvine M.R.Lagouarde J.P., Dayau S., Brut A., Solignac P.A., Selves J.L., Cohard J.M., Najjar G., Quentin C., Rodriguez F., Mestayer P. : Variations in Cn² measured by LAS scintillometry over the city of Nantes during the FLUXSAP 2010 measurement campaign. 3rd Scintillometer Workshop, 18 – 19 April 2011, Wageningen, The Netherlands.

    P. Mestayer, I. Bagga, I. Calmet, G. Fontanilles, D. Gaudin, J. H. Lee, T. Piquet, J.-M. Rosant, K. Chancibault, L. Lebouc, L. Letellier, M.-L. Mosini, F. Rodriguez, J.-M. Rouaud, M. Sabre, Y. Ttard, A. Brut, J.-L. Selves, P.-A. Solignac, S. Dayau, M. Irvine, J.-P. Lagouarde, Z. Kassouk, P. Launeau, O. Connan, P. Defenouillre, M. Goriaux, D. Hubert, B. Letellier, D. Maro, G. Najjar, F. Nerry, C. Quentin, R. Biron, J.-M. Cohard, J. Galvez, P. Klein : FluxSAP 2010,  experimental campaign over an heterogeneous urban zone, part 1: heat and vapour flux assessment. 14th International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes (HARMO 14) 2-6 October 2011, Kos Island, Greece.

    P. Mestayer, I. Bagga, I. Calmet, G. Fontanilles, D. Gaudin, J. H. Lee, T. Piquet, J.-M. Rosant, K. Chancibault, L. Lebouc, L. Letellier, M.-L. Mosini, F. Rodriguez, J.-M. Rouaud, M. Sabre, Y. Tétard, A. Brut, J.-L. Selves, P.-A. Solignac, Y. Brunet, S. Dayau, M. Irvine, J.-P. Lagouarde, Z. Kassouk, P. Launeau, O. Connan, P. Defenouillère, M. Goriaux, D. Hébert, B. Letellier, D. Maro, G. Najjar, F. Nerry, C. Quentin, R. Biron, J.-M. Cohard, J. Galvez, P. Klein : The FluxSAP 2010 hydroclimatological experimental campaign over an heterogeneous urban area. 11th EMS Annual Meeting, 10th European Conference on Applications of Meteorology (ECAM), 12 – 16 September 2011, Berlin, Germany

    Solignac, P.A. ‘Réalisation d’un scintillomètre et traitement numérique. Estimation de la vitesse du vent’, Journée Ecole Doctorale GEET, Mars 2008, Toulouse.
    Solignac, P.A., Selves, J.L., Béteille, J.P., and Gastellu-Etchegorry, J.P. ‘Designing and Making a Scintillometer. Atmospheric Measures and Signal Processing’, Proc. IEEE IMTC, May 2007, Warsaw, Poland.
    Solignac, P.A., Selves, J.L., Béteille, J.P., and Gastellu-Etchegorry, J.P. ‘Réalisation d’un scintillomètre à traitement numérique’, Conf. STIC&Environnement 2006, Avril 2006, Narbonne.

    Rapport :
    S. Pallotta : Etat de l’art de la mesure scintillométrique de flux de surface. Rapport de DEA, 2002, 147 pages
    G. Bigeard :Validation des mesures d’un scintillomètre. Rapport de M1 (SAO), 2007, 40 pages