Post on 10-Mar-2020
A.R. Michaud1, A. Drouin1, J-D. Sylvain2, J. Deslandes1, I. St-Laurent1,
M. Sunborg3 G. Gagné1, L. Grenon3 et I. Beaudin1
1 Institut de recherche et de développement en agroenvironnement inc.,
IRDA.QC.CA 2 Université de Sherbrooke, Département de géomatique appliqué 3 Agriculture et Agroalimentaire Canada, St-Jean-sur-Richelieu.
La cartographie numérique des sols en appui à la
gestion de l’eau
Plan de la présentation
• Contexte:
Sols, Eau, Cultures: Des enjeux inter-reliés
• Outils de diagnostic et de gestion des champs:
• Les données:
Images, Relief, Sols, Débits et qualité de l’eau
• Les Indices et modèles:
Ruissellement, érosion et mobilité du
phosphore
• Conclusion et perspectives
Constat No 1:
De bonnes conditions physiques du sol: Une prémisse à la productivité des cultures.
Quelques constats…
La condition physique du profil cultural
Source: Anne Weill, CRAAQ, 2009.
Constat No 2:
L’égouttement, facteur déterminant de la condition physique du sol
Quelques constats…
L’égouttement de la parcelle
Constat No 3:
Les zones de champs mal égouttées sont aussi à la source du ruissellement de surface, principal vecteur de la contamination diffuse des eaux en milieu rural.
Quelques constats…
Ruissellement et pollution diffuse
Mauvais
égouttement
Ruissellement
Usages de
l’eau, habitats
Baisse de
rendement
Érosion
Dégradation
du cours
d’eau Envasement
Drainage
souterrain
Constat No 4:
La condition physique du sol, l’égouttement de la parcelle, le rendement des cultures et la qualité de l’eau:
DES ENJEUX INTERRELIÉS
Constat No 5:
L’action concertée à l’échelle du ruisseau et de la rivière:
Pour assurer des résultats tangibles et durables dans
l’égouttement des terres et la qualité de l’eau.
Lauzier, 2007. Projet Lisière Verte, Rivière Au Brochet.
ACCUMULATION
ÉVACUATION DE L’EAU
Les outils diagnostiques…
Interpréter les trois facteurs déterminants de
l’égouttement et de la condition du profil cultural
CONDITION PHYSIQUE DU PROFIL CULTURAL
PAYSAGE
(RELIEF)
+
PROPRIÉTÉS
DES SOLS
+
RÉGIE:
PRATIQUE
CULTURALE ET
AMÉNAGEMENT
DES TERRES
Les outils diagnostiques…
Avant et sur le terrain…
PAYSAGE
(RELIEF)
PROPRIÉTÉS DES SOLS
RÉGIE
AVANT LE TERRAIN:
• Études pédologiques
• Entrevues
• Plans de drainage
• Données et outils à référence
spatiale
SUR LE TERRAIN:
• Description des profils
de sol
Des outils à référence spatiale complémentaires en
gestion des sols et de l’eau
Les images: Où?
Les relevés altimétriques: Pourquoi?
Les indices et les modèles hydrologiques:
Combien?
Les territoires à l’étude
Ruisseau Ewing
(Rivière aux Brochets)
Ruisseau Fourchette
(Rivière Le Bras)
Petite rivière Pot-au-Beurre
et rivière Saint-Louis
(Baie Lavallière)
• Plate-forme :
– Aéroportée
– Satellitaire
Propriétés et types d’images
• Sensibilité du capteur :
(longueurs d’ondes)
– Noir et blanc
– Couleur
– Multispectrale
• Période
d’acquisition:
– Printanière
– Estivale
Les outils diagnostiques à référence spatiale
Les images numériques
Champ avec un système de drainage efficace
dans sa partie sud et non efficace dans sa
partie nord
Indice de brillance Image
multispectrale
Secteur Fourchette
Secteur Ewing
Les outils diagnostiques à référence spatiale
Les images numériques
IMAGE ESTIVALE
Les images numériques printanières et estivales
Michaud et coll. 2009. Action concertée, bassin Walbridge.
http://www.irda.qc.ca/resultats/publications/204.html
IMAGE PRINTANIÈRE
IMAGE ESTIVALE
Les outils diagnostiques à référence spatiale
Les relevés altimétriques (MNE/MNS)
Cartes de base
(RNCan, BDTQ)
Modèles stéréoscopiques
(DVP, Correlator 3D)
Relevés LiDAR (laser)
Capteurs GPS
LIDAR
Elevation contours
LIDAR
Runoff path
LIDAR
Depressions
LIDAR
Micro-watersheds
1 point /28 m²
1 point / m²
MNE : GPS vs LIDAR
Classe d'erreur!( Inférieure à 5 cm!( Entre 5 et 10 cm!( Entre 10 et 15 cm!( Superieure à 15 cm
< 15 cm
7%
< 5 cm
53%
5 -10 cm
27%
10-15 cm
13%
DIFFÉRENCES ENTRE LES DONNÉES
PONCTUELLES
MNE : GPS vs LIDAR
Patron d’écroulement -LIDAR Patron d’écroulement -GPS Sous-bassins -LIDAR Sous-bassins -GPS
MNE : GPS vs LIDAR COMPARAISON DES RELEVÉS EN TERRAIN ONDULÉ
Bassin
Walbridge,
Pike River,
Québec
COMPARAISON DES MODÈLES NUMÉRIQUES D’ÉLÉVATION
GPS
LIDAR
22.40 23.85
Élévation (m)
MNE : GPS vs LIDAR
Bassin Baie Lavallière, Québec
LIDAR
GPS
22.40 23.85
Élévation (m)
COMPARAISON DES MICRO-BASSINS
MNE : GPS vs LIDAR
Bassin Baie Lavallière, Québec
GPS
LIDAR
22.40 23.85
Élévation (m)
COMPARAISON DES PARCOURS DE L’EAU
MNE : GPS vs LIDAR
Bassin Baie Lavallière, Québec
MNE : LIDAR vs Correlator 3-D
LIDAR CORRELATOR 3D
Micro-bassin
parcellaire
Parcours
de l’eau
Modélisation du Parcours de l’eau au champ
Secteur Baie Lavallière
Bassin Baie Lavallière, Québec
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2008
-04-
01
2008
-04-
15
2008
-04-
29
2008
-05-
13
2008
-05-
27
2008
-06-
10
2008
-06-
24
2008
-07-
08
2008
-07-
22
2008
-08-
05
2008
-08-
19
2008
-09-
02
2008
-09-
16
2008
-09-
30
2008
-10-
14
2008
-10-
28
2008
-11-
11
2008
-11-
25
ME
S (
kg
jo
ur-1
ha
-1)
et
déb
it (
mm
jo
ur
-1)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Pré
cip
ita
tio
ns (
mm
)
Précipitation en pluie Écoulement de surface Écoulement souterrain Sédiments exportés
Débits journaliers, Bassin Ewing,
Green Belt Project
Les indices et modèles hydrologiques Associer la réponse hydrologique à l’hydroactivité du
parcellaire
Modèle numérique de terrain
dérivé du LiDAR
Les indices et modèles hydrologiques Combiner les pouvoirs interprétatifs de l’image et du modèle numérique
de terrain
Indice de brillance dérivé d’une
image multispectrale (Duncan)
Bassin Ewing, Projet Lisière Verte
Les indices et modèles hydrologiques
Modéliser les critères de conception des ouvrages
hydro-agricoles
Bassin Ewing, Projet Lisière Verte
Les indices et modèles hydrologiques
Modéliser les critères de conception des ouvrages
hydro-agricoles
Délimitation des micro-bassins
Les indices et modèles hydrologiques
Modéliser les critères de conception des ouvrages
hydro-agricoles
Brillance indice
Les indices et modèles hydrologiques
Modéliser les critères de conception des ouvrages
hydro-agricoles
Parcours
d’écoulement
Les indices et modèles hydrologiques
Modéliser les critères de conception des ouvrages
hydro-agricoles
Critères hydrologiques
de conception
Julie Deslandes
IRDA 2008
(Moore et al. 1991; Wolock 1993)
Indice topographique de la tendance naturelle au
ruissellement de surface à l’échelle du micro-bassin =
ln (Aire du micro-bassin / tan-Inclinaison)
TWI faible : zone humides
TWI élevé : haut de pente
Selon cette équation, les portions du paysage qui drainent de
grandes zones en amont ou qui sont très planes se voient
attribuées de fortes valeurs de l'indice TWI.
Secteur Baie Lavallière
Les indices et modèles hydrologiques
Indice topographique « Wetness Index »
Dépressions
)]([tan(B
aLn
Les indices et modèles hydrologiques
Indice topographique « Wetness Index »
Bassin Baie Lavallière
Géomont, IRDA. Projet PCVC Yamaska
Diagnostic des marques
d’érosion
Les indices et modèles hydrologiques
Indices topographiques vs Erosion
0
1
2
3
4
5
0 2 4 6 8 10 12
ln Superficie
ln S
r
ln Sr = 0,496 ln Superficie – 1,091
R² = 0,68
ln (Superficie du micro-bassin)
ln (Superficie du ravin)
ln Sr = 0,496 (ln superficie) – 1,091
R² = 0,68
La sévérité du ravinement tributaire de la superficie
contributive au ruissellement
Sunborg, Michaud
et Fournier, 2009.
Bassin Lavallière
Les indices et modèles hydrologiques
Indices topographiques vs Erosion
5.0 à 10.0 ha
17%
>10.0
15%
2.5 à 5.0 ha
27%
<1.0 ha
17%
1.0 à 2.5 ha
24%
Inférieur à 1.0
De 1.0 à 2.5
De 2.5 à 5.0
De 5.0 à 10.0
Supérieur à 10 ha
Les superficies contributives au
ruissellement
Les indices et modèles hydrologiques
Indices topographiques vs Erosion
Bassin Baie Lavallière
Bassin Ewing
• A Pertes de sol annuelles moyennes (tonnes ha-1 an-1 )
• Qsurf Ruissellement journalier (mm)
• Qpeak Débit pointe du ruissellement (m³s-1)
• Aire-sbv Superficie du micro-bassin
• KUSLE Facteur d’érodabilité du sol (0,013 t m2 h/ m3 t cm)
• CUSLE Facteur de couverture végétale du sol
• LSUSLE Facteur topographique
USLEUSLEUSLEsbvpeaksurf LSCK)aireq(Q11.8A
Les indices et modèles hydrologiques
Indices d’érosion par ruissellement
Intrants Traitements Résultats
Climat • Station météo
Pédologie • Unité cartographique
• Données génériques
Relief • Pente
• Longueur de pente
Régie sols et cultures • Culture et précédent
• Travail du sol
• Fertilisation
Condition du drainage • Drainage souterrain
• Drainage de surface
• Etat du profil cultural
• Gestion du ruissellement
Module hydrologie
• Ruissellement
• Drainage souterrain
Module érosion
• Exportation nette
de sédiments
Module phosphore
• Phosphore particulaire
• Phosphore dissous
• Phosphore au drain
• Phosphore des engrais
• Biodisponibilité du P
Bilan au champ
• Ruissellement
• Écoulement aux drains
• Érosion
• Phophore total
• Phosphore particulaire
• Phosphore biodisponible
• Phosphore dissous
Bilan de l’entreprise
Interprétation
Scénarios alternatifs
de gestion
Banque de données
hydro-pédologiques
Les indices et modèles hydrologiques
Indexation des pertes de phosphore – Projet ODEP
Michaud et col. 2009
Drainage Yields
Surface runoff yields
Enright et Madramootoo, 2004. Bassin de Pike River
Les indices et modèles hydrologiques
Retracer les cheminements hydrologique du
phosphore
Enright et Madramootoo, 2004
Site Eau au drain Ruissellement
Loam sableux 0,065 1,079
Loam argileux 0,227 1,212
Concentrations moyennes en
Ptotal (mg/L)
Les indices et modèles hydrologiques
Retracer les cheminements hydrologique du
phosphore
Monitoring à l’échelle parcellaire:
• 10 champs:
•5 loams sableux / maïs-soya
•3 loams argileux / maïs-soya
•2 loams argileux / prairies
(amendés lisiers bovins)
• 19 échantillons (drains + avaloirs)
21sept. 2008 – 21 mai 2009
Le projet pilote LISIÈRE VERTE de la Coopérative de solidarité du bassin versant de la rivière aux
Brochets sur la rétribution des biens et services environnementaux a profité du soutien financier du
programme PAASCA (AAC).
Photo: Richard Lauzier
Les indices et modèles hydrologiques
Retracer les cheminements
hydrologique du phosphore
Poirier, Michaud Whalen, 2012
Monitoring à l’exutoire du
bassin
• Suivi en continu au 15 min:
•Débit
•Conductivité électrique
•Turbidité
•Température
• 72 échantillons ponctuels:
21sept. 2008 – 21 juin 2009 0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
23 24 25 26 27 28 29 30 31 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
Octobre-novembre 2008
Ha
ute
ur d
'eau
(m
m/j
ou
r)
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0.800
Co
nd
ucti
vit
é (
mS
/cm
)Ewing2008
Qdrain
Qsurface
Campagne 2
Campagne 3
Campagne 4
Campagne 5
Campagne 6
Campagne 7
Conductivité
B)
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
23 24 25 26 27 28 29 30 31 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
Octobre-novembre 2008
Ha
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ur d
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(m
m/j
ou
r)
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0.800
Co
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é (
mS
/cm
)Ewing2008
Qdrain
Qsurface
Campagne 2
Campagne 3
Campagne 4
Campagne 5
Campagne 6
Campagne 7
Conductivité
B)
Les indices et modèles hydrologiques
Retracer les cheminements hydrologique du
phosphore
La conductivité électrique: un traceur éloquent du
cheminement préférentiel et de la composition du P dans
les eaux de drainage
La CE moyenne des eaux du ruissellement de surface: 0.22 ± 0.08 mS cm-1.
Préférentiel [Ptotal]↑, [PP]/ [Ptotal]↑
Matriciel [Ptotal]↓, [P réactif]/[Ptotal]↑
Les indices et modèles hydrologiques
Retracer les cheminements hydrologique du phosphore
Les indices et modèles
hydrologiques
Retracer les
cheminements
hydrologique du
phosphore
Jean-Daniel Sylvain1,2, Aubert R. Michaud2, Michel C. Nolin3 and Goze Bertin Bénié1
1 Université de Sherbrooke 2 Institut de recherche et développement en agroenvironnement 3 Agrifood and agriculture Canada
Les indices et modèles hydrologiques
Détecter les propriétés des sols
Data
Indices
Production et
Validation du
modèle
Les indices et modèles hydrologiques
Détecter les propriétés des sols
Complémentarité des images numériques, des MNE
et donées morphologiques sur les sols
Contexte d’opportunités favorable à l’accessibilité
aux données, aux applications et aux SIG:
Percées technologiques récentes:
Nouvelles données et nouvelles applications,
Accessibilité aux données:
Regroupement dans l’acquisition et partage,
Accessibilité aux SIG:
Communauté de développement «Open Source »
Références et publications: www.irda.qc.ca
Conclusion et perspectives
Projets en cours…
REZOTAGE: Validation opérationelle de la gestion localisée
du parcellaire
A. Drouin, CSSS, Mercredi 10:45
WEB’s II: Combiner les images, NEM et données
morphologiques: ID et gérer les zones critiques
A. Michaud, CSSS Lundi 14:45
OURANOS: Critères hydrologiques de conception des
ouvrages hydro-agricoles
A. Michaud, CSSS Poster
SWAT-Qc: Adapter le modèle hydrologique SWAT-Qc aux
migrations souterraines et préférentielles du phosphore
D. Poon, A. Michaud, I. Beaudin et J. Whalen (McGill)
Conclusion et perspectives
PARTENAIRES DE RÉALISATION • Agence géomatique montérégienne GéoMont
• MAPAQ, Direction de la Montérégie-Est
• Faculty of Agricultural and Environmental Sciences McGill University
• Département de géomatique appliquée, Université de Sherbrooke
• Département des sols et génie agroalimentaire, Université Laval
• Club de fertilisation de la Beauce
• Dura-Club
• Club agroenvironnemental La Vallière
• Coop de solidarité du bassin versant de la rivière au Brochet
• LandMapper Environmental Solutions Inc.
• Lasermap Image Plus
PARTENAIRES DE FINANCEMENT • CDAQ, Défi solution
• Programme de couverture végétale du Canada (PCVC), AAC
• Programme WEB et PAASCA, AAC
• Fonds d’action québécois pour le développement durable FAQDD
• Fonds québécois pour la Nature et le technologies FQRNT
Remerciements
Partenaires de financement et de réalisation