Influence de la structure des couverts végétaux en télédétection de la fluorescence chlorophyllienne

Impact of 3D structure of the canopy on fluorescence remote sensing

• Auteur / Autrice : Antoine Fournier
• Direction : Ismaël Moya, Dominique Dubet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique, Télédétection, Environnement
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique
• Jury : Président / Présidente : Vincent Cassé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michaël Chelle, Fermin Morales Iribas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Baret, Jean-Philippe Gastellu-Etchegorry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Végétation -- Télédétection

Fluorescence

Résumé

La télédétection de la végétation continentale repose classiquement sur des indices de réflectance qui renseignent sur l'état des couverts (indice foliaire, fraction de trou, biomasse). L'émission de fluorescence qui accompagne l'activité photosynthétique porte une information sur le fonctionnement de la végétation. Les récentes évolutions instrumentales permettent de suivre la fluorescence des couverts, néanmoins l'interprétation de ce signal en termes physiologiques nécessite de prendre en compte l'influence de la structure du couvert sur le signal de fluorescence. Le défi actuel est de passer du niveau de la feuille (2D) au niveau des couverts végétaux (3D). Un premier travail a été le développement d'un dispositif pour la mesure quantitative de la déformation spectrale de l'émission de fluorescence lors du changement d'échelle. Ce dispositif appliqué sur différents couverts, a permis d'identifier les paramètres prépondérants de la déformation spectrale. La simulation à l'aide du modèle FluoSAIL confirme ces observations. Un couvert de blé sénescent (3D, non fluorescent) a également été suivi pour quantifier l'impact de la géométrie du couvert sur la mesure de fluorescence. Une simulation réalisée à l'aide des modèles SAIL et MODTRAN a permis de dégager les configurations de mesures pour lesquelles cet effet peut être négligé. Les campagnes de mesures ont également permis d'approfondir la signification de la fluorescence mesurée au niveau du couvert. En particulier, la mesure simultanée de fluorescence et d'échanges gazeux d'un couvert agricole a permis l'étude de la relation entre les indices de fluorescence et l'assimilation de CO2 du couvert

Chlorophyll fluorescence brings a new dimension to classical reflectance remote sensing of vegetation by providing a probe of the photosynthetic mechanism. A present challenging issue is the up-scaling from the well-known leaf level to the exploratory canopy level. I study the impact of the canopy structure on the fluorescence emission and his passive remote-sensing. A first step was the development of a specific protocol for quantitative comparison between leaf and canopy fluorescence spectra under natural illumination. This set-up, apply on a dedicated platform over different crop species, highlight key mechanisms involved in the modification of fluorescence emission between both scale. Numerical simulations with FluoSAIL confirm these findings. A second step focus on the passive measurement of sun induced fluorescence itself. Absorption band infilling method was use over a senescent wheat canopy (3D but non fluorescent) to quantify the impact of structure related BRDF on fluorescence retrieval. Simulation with SAIL (canopy reflectance) and MODTRAN (atmospheric radiative transfer) was used to identify experimental conditions which minimise the effects. During experimental campaign, joint measurements of fluorescence, phenology and assimilation allow study of relation between fluorescence indexes and hydric stress, biomass increase or CO2 assimilation at canopy level