Soutenance mémoire
Culture et morphologie du riz
Questions : quelles sont les caractéristiques des rizières susceptibles d’influencer les mesures de télédétection ?
La mesure de télédétection dépend des propriétés physiques de la cible (ici, les rizières). Afin de comprendre cette mesure, et donc de déduire des critères de classification, il faut connaître à la fois les caractéristiques physiques de la cible et la nature de la relation existant entre ces caractéristiques et la quantité mesurée par l’instrument. Dans cette partie, nous allons donc décrire les conditions de culture du riz et l’évolution de la morphologie des plantes de riz au cours de leur cycle de croissance. La partie suivante examinera la relation entre les mesures de télédétection et les rizières ainsi décrites.
Les pratiques culturales
Bien qu’on puisse le trouver un peu partout à travers le monde, le riz a besoin de chaleur et d’eau et est donc cultivé majoritairement dans les régions tropicales et sub-tropicales (critère de température), et dans les zones humides et sub-humides (critère d’humidité du sol due aux précipitations). L’Institut International de Recherche sur le Riz (IRRI) distingue, dans Maclean et al. (2002), quatre types de riziculture, définis par les pratiques hydrologiques qui leur sont associées.
La riziculture irriguée (irrigated rice) est pratiquée dans des rizières entourées de diguettes dans lesquelles le niveau d’eau est contrôlé par des systèmes d’irrigation et de drainage. Une couche d’eau d’environ 2 à 20 cm est maintenue pendant la majeure partie de la saison. Ce type de riziculture fournit les rendements les plus élevés, et bien qu’elle ne constitue qu’un peu plus de la moitié des surfaces cultivées, elle contribue à 75% de la production mondiale en riz, et est donc le système majoritaire.
Dans la riziculture pluviale de plaine (rainfed lowland rice), parfois également appelée riziculture inondée, le niveau de l’eau n’est plus contrôlé activement par irrigation, mais dépend de l’alimentation par les eaux de pluie, par le ruissellement d’eaux provenant d’un réservoir ou par simple gravitation d’une parcelle à une autre. Ce système de culture est donc évidemment beaucoup plus exposé aux risques de sécheresses prolongées ou d’inondations subites, et fournit des rendements plus faibles. Avec 31% des surfaces cultivées, la riziculture pluviale de plaine représente 21% de la production mondiale.
La riziculture d’altitude (upland rice) est pratiquée sur des terrains généralement peu fertiles que l’on ensemence à sec et où les récoltes dépendent fortement des régimes de pluies, notamment dans certains pays d’Afrique et d’Amérique latine, mais aussi sur les rives des fleuves en Asie, lorsque les eaux se retirent à la fin de la saison des pluies. Ce type de culture, dans lequel les champs ne sont donc pas inondés, ne représente qu’une très faible proportion de la production mondiale (environ 4%), pour une surface de 9%.
Dans la riziculture d’inondation (flood-prone rice), l’eau de culture est fournie par les crues des rivières et des fleuves ou par les marées qui touchent les embouchures des grands deltas. La profondeur de l’eau peut parfois dépasser les 5 mètres et nécessite l’utilisation de variétés spécifiques de riz d’eau profonde ou de riz flottant. Les rendements, tributaires de la météo, restent assez bas. Avec 8% des surfaces cultivées, ce type de riziculture ne fournit que 3% de la production mondiale, et est progressivement remplacée par la riziculture irriguée quand des aménagements hydrauliques sont réalisés.
La majorité des surfaces rizicoles du monde est donc soit en riziculture irriguée, soit en riziculture pluviale de plaine. Dans ces deux cas, les rizières sont recouvertes d’une lame d’eau plus ou moins épaisse durant la majeure partie de leur cycle de croissance. Cette couche d’eau va influencer le signal de télédétection. Jusqu’à récemment, il était recommandé de conserver cette couche d’eau pendant toute la durée du cycle de croissance si possible. Depuis quelques années, en raison de la raréfaction des ressources en eau, l’IRRI conseille dans Bouman et al. (2007) d’appliquer une irrigation alternée (AWD : alternative wetting and drying), et de laisser le niveau d’eau descendre jusqu’à 15 cm au-dessous du sol avant d’irriguer à nouveau.
Mises à part les pratiques hydrologiques, les rizières diffèrent par leur mode de plantation : semis direct ou repiquage. Dans le cas du semis direct, les grains de riz, souvent préalablement germés, sont semés à la volée dans les champs humides mais non inondés, puis sont recouverts d’une couche d’eau immédiatement ou plus souvent plusieurs jours après. Dans le cas du repiquage, les grains de riz sont semés densément dans une pépinière, sous une couche d’eau, où ils vont grandir pendant 15 à 30 jours avant d’être repiqués dans des champs recouverts d’une fine couche d’eau. Le repiquage peut être manuel, dans les zones où la main d’œuvre est abondante, ou mécanique, et donc avec un alignement très régulier, dans les zones plus riches où les agriculteurs disposent de machines. Dans les pays en développement, et notamment au Vietnam, le repiquage manuel, qui est la méthode de plantation traditionnelle est progressivement remplacée par le semis direct en raison de l’augmentation du coût de la main d’œuvre. En conséquence, la densité des plantes de riz dans les rizières est plus élevée. Les méthodes de plantation vont influencer le signal de télédétection par deux aspects : la présence ou non d’eau en début de saison et la densité des plantes.
Morphologie et cycle de croissance du riz
Le riz (Oryza sativa), originaire de l’Inde et de la Chine, se décline traditionnellement en deux cultivars principaux, indica et japonica. Le riz indica possède des grains longs et étroits. Il est cultivé dans les régions humides des tropiques et sub-tropiques et possède un rendement assez faible. Le riz japonica, aux grains ovales ou ronds, pousse dans les zones tropicales ou tempérées, et possède un fort rendement. A partir du milieu des années 60, des cultivars hybrides ont été créés. Ils possèdent de forts rendements et un cycle de croissance plus court, ce qui permet d’obtenir plusieurs récoltes de riz par an, jusqu’à 3 dans les zones irriguées tropicales. En fonction des variétés utilisées et des conditions climatiques, le cycle de culture du riz peut varier de 90 à plus de 150 jours.
Après le semis ou le repiquage, les plantes de riz passent par trois phases.
La phase végétative s’étend de la germination à l’initiation florale. Elle se caractérise par une émission importante de talles (tiges secondaires naissant à la base de la tige principale), une augmentation de la hauteur de la plante, et le développement de feuilles à des intervalles réguliers. Environ 40 à 65 jours après le repiquage, les touffes couvrent totalement les espaces entre les plantes. Pendant toute cette période, la structure de la plante reste érectophile : les talles sont quasi-verticaux et les feuilles ont un angle d’insertion faible (5 à 20°).
La phase reproductive comprend les stades d’épiaison/floraison : diminution du nombre de talles, développement de la feuille paniculaire, formation et floraison des panicules. Elle dure de 25 à 35 jours. La hauteur des plantes se stabilise et l’angle d’insertion des feuilles augmente pour atteindre 30 à 40°, faisant perdre à la plante son allure verticale.
La phase de maturation se traduit par le mûrissement des grains et l’assèchement de la plante, et dure de 25 à 40 jours.
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Table des matières
CHAPITRE 1 INTRODUCTION GENERALE
1.1. Contexte et objectifs
1.2. Méthode
1.3. Culture et morphologie du riz
1.3.1. Les pratiques culturales
1.3.2. Morphologie et cycle de croissance du riz
1.3.3. Résumé
1.4. La télédétection : potentiel pour le suivi des rizières
1.4.1. Les imageurs optiques
1.4.2. Les imageurs micro-ondes
1.5. SAR et rizières : état de l’art
1.5.1. Bande X
1.5.2. Bande C
1.5.3. Bande L
1.5.4. Synthèse
1.6. Approche et plan de la thèse
CHAPITRE 2 PRINCIPES DE L’IMAGERIE RADAR A SYNTHESE D’OUVERTURE
2.1. Introduction
2.2. Principe de fonctionnement
2.2.1. Radar à ouverture réelle
2.2.1.1. Résolution radiale
2.2.1.2. Résolution azimutale
2.2.1.3. La formation de l’image
2.2.2. Radar à synthèse d’ouverture
2.3. L’information enregistrée
2.3.1. La matrice de diffusion
2.3.2. Le coefficient de rétrodiffusion
2.4. Les sources d’imprécision dans la mesure radar
2.4.1. L’étalonnage radiométrique
2.4.1.1. Précision radiométrique (Radiometric accuracy)
2.4.1.2. Stabilité radiométrique (Radiometric Stability)
2.4.2. L’étalonnage polarimétrique
2.4.2.1. Déséquilibre du gain entre canaux (Channel Gain Imbalance)
2.4.2.2. Diaphonie (Cross-talk)
2.4.3. Rapport d’ambiguïté (Ambiguity Ratio)
2.5. Statistique du signal SAR : speckle, nombre de vue
2.5.1. Le « bruit » de speckle
2.5.2. Le nombre de vues d’une image
2.5.3. Les techniques de filtrage pour réduire le speckle
2.6. Conclusion
CHAPITRE 3 MODELE D’ERREUR POUR LES METHODES DE CLASSIFICATION BASEES SUR UN RAPPORT D’INTENSITE SAR
3.1. Introduction
3.2. Le modèle d’erreur
3.2.1. Formulation du problème
3.2.2. Expression de l’erreur
3.3. Résultats
3.3.1. Les erreurs d’étalonnage
3.3.1.1. Le déséquilibre de gains entre canaux
3.3.1.2. La stabilité radiométrique
3.3.2. Les autres paramètres du système SAR
3.3.2.1. Le rapport d’ambiguïté
3.3.2.2. La fréquence de revisite
3.4. Validation sur des données réelles
3.5. Conclusions
3.6. Article
CHAPITRE 4 CARTOGRAPHIE DES RIZIERES BASEE SUR LE RAPPORT DE POLARISATION HH/VV
4.1. Introduction
4.2. Résultats
4.2.1. Etude statistique
4.2.2. Cartographie et validation
4.3. Conclusions
4.4. Article
CHAPITRE 5 CARTOGRAPHIE DES RIZIERES A LARGE ECHELLE BASEE SUR LE CHANGEMENT TEMPOREL DE LA RETRODIFFUSION
5.1. Introduction
5.2. Résultats
5.2.1. Méthode
5.2.2. Cartographie et validation
5.3. Conclusions
5.4. Article
CHAPITRE 6 CONCLUSION GENERALE
