Analyses des paramètres biophysiques de surface

Analyses des paramètres biophysiques de surface

Apport de l’information multitemporelle SPOT 4&5

Concernant l’estimation des paramètres biologiques de la canne à sucre, il a été possible d’établir la relation entre le NDVI calculé à partir des réflectances SPOT 4&5 et la surface foliaire (en adéquation avec les tendances établies au moyen des mesures faites par le radiomètre de terrain Cimel). Par contre, la relation entre les réflectances enregistrées par les satellites SPOT 4&5 et la valeur de SPAD n’est pas apparue comme significative contrairement aux tendances établies avec le Cimel. On peut s’interroger sur le fait que les mesures de réflectance réalisées avec le Cimel au niveau de la canopée indiquent l’existence d’une relation entre les valeurs de NDVI et les valeurs de SPAD alors que les mesures de réflectance effectuées avec SPOT (dans les même bandes) n’indiquent aucune relation. Les corrections atmosphériques n’ayant pas pu être faites sur la série temporelle d’images SPOT 4&5 (pas de données d’épaisseur optique disponibles), nous avons travaillé avec des réflectances au sommet de l’atmosphère alors que le Cimel mesure la réflectance au sommet de la canopée. Une autre explication peut venir de la faible amplitude des valeurs de SPAD mesurées. Il aurait été possible d’obtenir une plus grande amplitude des valeurs de SPAD en utilisant des essais aux champs contrastés en azote. La mise en place de tels essais n’a pas été possible.En ce qui concerne l’apport du multitemporel à l’estimation du rendement canne, l’analyse de l’évolution du NDVI calculé à partir des réflectances enregistrées par les satellites SPOT 4&5 au cours du temps nous a permis d’établir des relations entre la biomasse fraîche (rendement canne) et le maximum ou l’intégrale du NDVI parcellaire au cours du cycle. Ces relations permettent l’estimation de la biomasse fraîche. Cependant, la méthode utilisant les valeurs du NDVI au maximum de développement est basée sur une relation avec des rendements mesurés lors de la récolte, plusieurs mois après l’acquisition de l’image ayant servi à son estimation. L’estimation du rendement canne faite par l’utilisation de la valeur de l’intégrale du NDVI a l’avantage d’être un suivi de l’état du développement au cours du cycle. Une limite apparaît quant au nombre d’images à utiliser pour calculer l’intégrale de la valeur du NDVI. Des profils d’évolution temporelle de surface foliaire parcellaire ont pu être dérivés à partir de la série temporelle d’images SPOT 4&5 pour être utilisés dans le modèle de croissance Mosicas améliorant les estimations du rendement canne. Cette approche « couplage » entre modèle de production agro-météorologique et mesures satellitaires, pour l’estimation du rendement canne, est la méthode la plus précise. Cependant, sa mise en œuvre nécessite d’une part, des données météorologiques utilisées par le modèle de croissance et d’autre part, un nombre d’images suffisamment grand pour permettre de suivre l’évolution de la surface foliaire. Des recherches sont à mener sur le nombre d’images minimum permettant de caractériser l’évolution de la surface foliaire qui sera assimilée par le modèle.Quant à l’apport à l’analyse thématique, les images multispectrales SPOT 4&5 permettent de distinguer de manière certaine, par leur résolution spatiale et spectrale, les trois états de surface d’une parcelle de canne : parcelle en sol nu (préparation d’une plantation), parcelle de canne plantée (couvert fermé) et parcelle récoltée (recouverte de paillis). Il est possible d’observer mensuellement l’évolution des différents états grâce à la fréquence d’acquisition d’images des satellites SPOT 4&5. Cette capacité multitemporelle est nécessaire pour le suivi des cycles de culture qui sont décalés à La Réunion en raison de l’étalement de la récolte sur six mois.

Apport de l’information hyperspectrale CASI

Les données hyperspectrales CASI ont permis d’estimer la surface foliaire, la biomasse fraîche, le taux d’azote foliaire ainsi que la valeur de SPAD par un couplage synchronisé entre l’acquisition des images et les mesures de terrain. L’estimation du taux d’azote ou de la valeur de SPAD d’un couvert de canne en phase de maturation permettrait le developpement d’une application préconisant la date de coupe en fonction du degré de maturité de la parcelle.Les données hyperspectrales CASI présentent un avantage majeur par rapport aux images stellites SPOT par leur richesse spectrale. De plus, la plate-forme aéroportée rend les acquisitions d’image indépendantes des conditions de nébulosités. Elles souffrent cependant en contre-partie de faiblesses géométriques et radiométriques qu’il n’est pas toujours aisé de corriger et celles-ci alourdissent fortement les traitements liés à l’exploitation des images, en particulier lorsqu’il s’agit de les utiliser sur une vaste zone d’étude. Le choix des bandes spectrales d’acquisition doit être fait en fonction de la thématique abordée. L’utilisation d’un spectroradiomètre de terrain permet de choisir les bandes spectrales les plus adaptées pour l’acquisition des images CASI. L’estimation des paramètres de surface à partir des réflectances enregistrée par le CASI a été testée en utilisant deux méthodes : les indices de végétation et des régressions linéaires multiples. Les meilleurs estimations sont obtenues en utilisant les régressions linéaires multiples.

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Table des matières

INTRODUCTION
1 ETAT DE L’ART
1.1 La canne à sucre
1.1.1 Présentation générale
1.1.2 Le système de culture cannier à La Réunion
1.1.3 Evolution de l’indice foliaire (LAI) de la canne
1.1.4 Evolution du taux d’azote foliaire (TN) de la canne
1.2 La géomatique agricole
1.2.1 L’agriculture de précision
1.2.1.1 Outils et méthodes
1.2.1.2 La télédétection en agriculture
1.2.2 Estimation des paramètres biophysiques de surface par télédétection
1.2.2.1 Estimation de la surface foliaire
1.2.2.2 Estimation de la teneur en azote
1.2.2.3 Estimation de la biomasse
1.3 Utilisation de la télédétection comme outil d’aide à la gestion de la Canne
1.3.1 Cartographie de la sole cannière et des états du couvert
1.3.2 Estimation de la production
2 MATERIELS ET METHODES
2.1 les sites d’études
2.1.1 Les exploitations agricoles
2.1.2 Caractéristiques bio-climatiques
2.2 Acquisition des données biologiques et agronomiques
2.2.1 Suivi temporel des variables mesurées, approche diachronique
2.2.1.1 Sélection et localisation des parcelles suivies
2.2.1.2 Protocole de mesures
2.2.2 Mesures ponctuelles des variables biophysiques, approche synchronique
2.2.2.1 Sélection et localisation des parcelles suivies
2.2.2.2 Protocole des mesures effectuées
2.2.3 Mesures complémentaires
2.3 Prétraitements des données
2.3.1 Comparaison des méthodes d’estimation du LAI
2.3.1.1 Mesures du LAI avec le LAI-2000
2.3.1.2 Mesure indirecte du LAI à partir de la hauteur « htvd »
2.3.1.3 Normalisation des mesures de LAI
2.3.2 Calcul du TN
2.3.3 Stade croissance : du mois au degrés/jours
2.4 Les données radiométriques
2.4.1 Le radiomètre Cimel
2.4.2 Le spectroradiomètre CASI
2.4.2.1 Choix des bandes spectrales
2.4.2.2 Pré-traitements des images CASI
2.4.3 Les images SPOT
2.4.3.1 Choix des images de la série temporelle
2.4.3.2 Les pré-traitements des images SPOT
3 RESULTATS ET DISCUSSION
3.1 Analyses des données
3.1.1 Analyses des paramètres biophysiques de surface
3.1.1.1 Evolution du LAI au cours du cycle
3.1.1.2 Evolution du taux d’azote au cours du cycl
3.1.1.3 Analyse de variance
3.1.1.4 Relation entre les paramètres physiologiques
3.1.2 Analyse des facteurs de production
3.1.2.1 Elaboration du rendement canne
3.1.2.2 Elaboration du rendement Sucre
3.1.3 Analyse de l’évolution temporelle du signal radiométrique
3.1.3.1 Réponse spectrale en fonction de l’état du couvert
3.1.3.2 Le radiomètre CIMEL
3.1.3.3 Les capteurs HRV et HRG de SPOT4&5
3.2 Télédétection et paramètres biochimique
3.2.1 Analyse des relations entres réflectances Cimel et paramètres biochimiques
3.2.1.1 Fonctions de transfert pour le LAI
3.2.1.2 Fonction de transfert pour le SPAD
3.2.2 Analyse multitemporelle
3.2.2.1 Estimation de la surface foliaire
3.2.2.2 Suivi de la biomasse fraîche
3.2.2.3 Estimation de la valeur de SPAD
3.2.3 Analyse hyperspectrale
3.2.3.1 Les indices de végétation
3.2.3.2 Les régressions linéaires multiples
3.3 Télédétection et utilisation d’un modèle de production
3.3.1 Application/test du modèle Mosicas sur nos sites d’études
3.3.2 Intégration des données de télédétection dans le modèle
3.3.3 Comparaison des simulations avec et sans forçage
3.4 Discussion sur les principaux résultats
3.4.1 Apport de l’information multitemporelle SPOT 4&5
3.4.2 Apport de l’information hyperspectrale CASI
4 APPLICATIONS POUR LA FILIERE
4.1 Le suivi des coupes et des replantations
4.1.1 Développement méthodologique du suivi des coupes
4.1.1.1 Caractérisation spectrale de la coupe de la canne
4.1.1.2 Suivi des coupes par détection des changements dans le MIR
4.1.1.3 Suivi des coupes par classification multispectrale
4.1.2 Application au suivi de la campagne de coupe 2003, île de La Réunion
4.1.2.1 Estimation du taux d’avancement de la coupe à partir de la différence des couches MIR
4.1.2.2 Estimation du taux d’avancement de la coupe par classification multispectrale
4.1.3 Validation des produits cartographiques et statistiques
4.1.3.1 Validation du produit cartographique à partir d’observations de terrain
4.1.3.2 Comparaison des produits statistiques
4.1.4 Estimation des surfaces replantées
4.2 Cartes thématiques descriptifs de l’état du couvert
4.2.1 Suivi multitemporel et cartographie multispectrale des paramètres
4.2.1.1 Cartographie de la surface foliaire
4.2.1.2 Cartographie des rendements potentiels
4.2.2 Cartographie hyperspectrale du couvert
4.2.3 Carte de variabilité inter-parcellaire
4.3 Discussion sur les applications pour la filière
4.3.1 Suivi des coupes et des replantations
4.3.2 Cartographie des paramètres descriptifs de l’état du couvert
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
GLOSSAIRE
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
ANNEXES

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