Observation par drone de la température de surface et de l’albédo au Col du Lautaret pendant la période nivale.

5 mois à partir de janvier ou février 2021

Contexte du stage :
La température de surface du manteau neigeux est une grandeur d’intérêt pour caractériser le climat de montagne ainsi que pour modéliser l’évolution du manteau neigeux saisonnier. Or cette grandeur est extrêmement variable en région de montagne car elle est très sensible aux variations d’illumination, qui dépendent elles-même de la pente et de l’orientation de la surface, ainsi qu’aux variations de vitesse de vent à proximité de la surface, sensibles à la configuration locale du terrain. Les modèles existants permettant de calculer la température de surface (schéma de surface) considèrent souvent la surface de neige comme lisse et horizontale. En négligeant ainsi la rugosité, la pente et les réflexions des faces de montagnes voisines, les termes du bilan radiatif estimé sont très loin de la réalité.

Dans le cadre de la préparation de la mission satellite Trishna (CNES, https://www.theia-land.fr/en/trishna-a-franco-indian-mission-to-monitor-the-water-status-of-continental-ecosystems/), notre objectif est d’étudier les variations spatiales et l’évolution temporelle de la température de surface de la neige en période hivernale dans la zone du col du Lautaret, dans les Alpes, en utilisant des observations in-situ, des observations satellites, et un modèle numérique de transport de photons (RSRT) permettant de calculer les flux radiatifs. Deux stages successifs en 2019 et 2020 ont permis des progrès en modélisation, et des observations satellites ont été utilisées pour faire la validation, si bien que nous disposons aujourd’hui d’un outil puissant. Reste à développer la partie observation in-situ pour affiner la validation du modèle et quand le satellite sera lancé pour vérifier sa calibration.

Objectif du stage
L’objectif du stage est d’obtenir des observations précises et géolocalisées de température de surface, puis de les comparer avec le modèle. Pour cela, il s’agit de mettre en œuvre une camera thermique en mode time-lapse pour les variations temporelles, et montée sur un drone pour la spatialisation des mesures. La caméra thermique a été testée en 2020, mais l’essentiel du travail de validation reste à faire afin d’obtenir une bonne précision de mesure (activité d’instrumentation). Ce travail de validation se fera en laboratoire pour la caractérisation du capteur, et en mode time-lapse au col du Lautaret pour la calibration et confrontation à des mesures ponctuelles avec un thermoètre classique. Cette caméra sera ensuite montée sur un drone et une série d’images sera acquise dans la zone du Lautaret avec différents profils de vol :montée verticale par étape, vols horizontaux, …. Ces images seront ensuite géolocalisées et orthorectifiées avec une chaîne à développer pendant le stage afin de produire des cartes parfaitement géolocalisées comparables dans un Système d’Information Géographique (SIG) avec le modèle ou les données satellites (activité d’imagerie). Un deuxième objectif est d’obtenir des mesures précises d’albédo spectral à partir d’un capteur embarqué sur drone. Ce capteur en cours de développement donne une information ponctuelle (et non une image) qu’il conviendra aussi de géolocaliser. L’albédo spectral est utile pour estimer la taille de grain de neige (surface spécifique), qui est une donnée d’entrée de notre modèle(activité albédo).

Enfin quand l’ensemble des données in-situ seront acquises et traitées, le modèle sera utilisé pour produire des cartes de température de surface, qui seront confrontées avec la réalité terrain (activité simulations numériques). Des données satellites (Landsat 8) pourront enfin être utilisées comme complément si nécessaire

Ce projet s’inscrit dans le cadre du projet CNES Miosotis (source du financement du stage) qui vise à étudier les effets radiatifs en zone de montagne et du projet SENSASS financé par la région Auvergne-Rhône-Alpes pour l’assimilation de données dans les simulations de la neige soufflée (acquisition de nouvelles observations du manteau neigeux). Il est aussi associé à une expérience similaire au Pic du Midi dans les Pyrénées qui va être conduites en 2021 par Simon Gascoin au CEBSIO (Toulouse). Enfin, l’objectif à terme étant de contribuer à la préparation de Trishna, une demande de bourse de thèse au CNES sera déposée pour cela en novembre 2020.

Pour postuler :
Contacter les encadrants :

• ghislain.picard univ-grenoble-alpes.fr
• laurent.arnaud univ-grenoble-alpes.fr