Inversion de données PolSAR en bande P pour
l’estimation de la biomasse forestière

Contexte et objectifs scientifiques de la mission BIOMASS

 Les forêts et le cycle du carbone 

De par les nombreux services écosystémiques qu’elles fournissent, les forêts sont essentielles à la préservation des conditions de vie humaine. Elles sont en effet une ressource vivrière pour près de deux millions de personnes [1], aussi bien en termes de matériaux que d’énergie. De plus, elles contribuent au maintien de la biodiversité, des ressources en eau, à l’enrichissement et à la protection des sols, à l’amélioration de la qualité de l’air, mais également à la régulation du climat au travers de leur implication dans les cycles de l’eau et du carbone. Les changements climatiques qui affectent notre planète sont un des défis environnementaux de notre siècle. Le cycle du carbone correspond à l’intégralité des échanges en CO2 qui existent entre l’eau, l’atmosphère et la biosphère sur Terre. Ce dernier prend en compte les interactions humaines telles que l’impact de l’utilisation des matières fossiles sur le réchauffement climatique. Mieux comprendre le cycle du carbone c’est une possibilité de mieux anticiper les changements climatiques, de les limiter et peut être même de les éviter. Pour comprendre le cycle du carbone, il faut être en mesure de quantifier le carbone présent dans l’atmosphère, les océans et la biosphère, mais également de mesurer les échanges qui existent entre eux. Les échanges de carbone qui concernent la biosphère et plus précisément le fonctionnement des forêts sont les moins bien compris en termes de statut, de dynamique et d’évolution au sein du cycle du carbone [2]. Les forêts sont impliquées dans le cycle du carbone sous deux aspects. Elles fonctionnent comme des puits de carbone lorsqu’elles sont replantées, en pleine croissance ou qu’elles se reforment après une déforestation naturelle ou non. Grâce à ces phénomènes, les forêts existantes absorbent près d’un quart des rejets de CO2 émis par l’homme (Global Carbon Project 2015). Elles fonctionnent également comme des sources de carbone lors de la décomposition des matières organiques au niveau du sol, mais aussi quand elles sont détruites par le feu ou par la déforestation. Les bilans globaux portant sur la quantification des flux entre les puits et les sources de carbone existent, mais restent très imprécis sur les flux liés aux forêts [3], [4]. D’après le rapport du Groupement Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat (GIEC) de 2013, les incertitudes de mesure des émissions de carbone liées à la déforestation approchent les 65% quant aux flux de captation du carbone par les forêts, ils ne sont pas pris en. 

 La biomasse forestière comme EVC 

La biomasse est un paramètre fondamental pour caractériser la distribution du carbone dans la biosphère. On différencie la biomasse totale fraîche incluant la composante en eau, la biomasse animale et racinaire de la biomasse aérienne sèche, notée AGB de l’anglais « Above Ground Biomass » qui correspond à la quantité de matière organique sèche et que l’on exprime en tonnes ou mégagrammes par hectare (noté respectivement t/ha ou Mg/ha). Cette dernière correspond de fait à la matière ligneuse sèche contenue dans les troncs et les branches des arbres, qui pourra servir de proxy à la biomasse totale suivant des relations allométriques dont la portée constitue un important et difficile sujet de recherche. La biomasse aérienne est également la plus sensible aux perturbations anthropiques, ce qui fait de son suivi un indicateur pertinent en lien avec le cycle du carbone. De plus, cette définition de la biomasse est particulièrement adaptée dans ce contexte, car elle correspond à environ deux fois la masse de carbone stockée dans les forêts d’après l’IPCC Good Practice Guide de 2003. La biomasse a de fait été identifiée comme une « Variable Climatique Essentielle » (ECV) par les United Nations Framework Convention on Climate Changes (UNFCC). La déforestation des forêts est principalement liée aux activités humaines par le commerce du bois, la création de nouvelles terres arables ou l’extension des zones d’habitation notamment. Pour préserver les forêts et maîtriser les émissions de gaz à effet de serre, plusieurs traités ont été signés au niveau international. Le protocole de Kyoto, ratifié en 1997 dans le cadre des Nations Unies, incite les pays développés à limiter la déforestation et encourager le reboisement auprès des pays en développement par le biais de contrats crédits carbone. Le REDD+ (Reduce Emissions from Deforestation and Forest Degradations) apporte des aides aux pays en développement s’ils préservent et participent à la gestion de leurs forêts. Pour suivre les impacts de ces traités, estimer les futurs scénarios climatiques, prévoir l’usage des terres et mieux gérer les écosystèmes, il est impératif de disposer d’une cartographie précise des forêts en temps réel et de bien comprendre leurs fonctionnements. Les scénarios climatiques sont simulés à partir de modèles de surfaces continentales (MSC) qui quantifient et prévoient les échanges entre l’atmosphère et les écosystèmes en intégrant des données sur le cycle de l’eau, le cycle du carbone et des modèles dynamiques de végétation . Ces derniers permettent d’estimer les échanges de carbone entre les écosystèmes végétaux (champs, forêts, etc.) et l’atmosphère. Cependant, de par notre méconnaissance globale du fonctionnement des forêts, les bilans liés aux peuplements forestiers sont très incertains. Il est nécessaire d’accumuler des données forestières pour mieux estimer la distribution spatiale de la biomasse, caractériser la croissance et la mortalité dans les peuplements forestiers, intégrer des données sur les feux de forêt ou les impacts humains dans la gestion des forêts, etc. Autant de paramètres qui permettent de mieux estimer, contraindre et valider les MSC. Il y a donc un réel besoin à produire des cartes de forêts précises et régulières (hautes résolutions spatiale et temporelle) pour soutenir ces traités et mieux comprendre nos écosystèmes.