Télédétection synchronisée hyperspectrale et LiDAR à retour d’onde complet : application au suivi des littoraux sableux de la région Pays-de-la-Loire

Hyperspectral and Full-waveform LiDAR synchronized remote sensing : applied to Pays-de-la-Loire region’s sandy coasts

• Auteur / Autrice : Giovanni Frati
• Direction : Patrick Launeau, Marc Robin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l’environnement
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Planétologie et Géosciences (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Pinet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Carrère
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Clément Mallet, Sabine Chabrillat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pays de la Loire (France)

Littoraux

Topographie

Imagerie hyperspectrale

Lidar

Télédétection

Mots clés libres

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Résumé

La télédétection aéroportée permet un suivi très précis de la dynamique des cordons dunaires. Ces derniers jouent en autre un rôle de protection des zones rétro-littorales contre les risques de submersions marines. Dans le cadre du suivi des côtes sableuses des Pays-de-la-Loire, deux paramètres essentiels sont analysés : 1) la morphologie, donnant accès aux stocks et mouvements sédimentaires, et 2) le couvert de végétal, permettant d’évaluer les degrés de stabilité des cordons dunaires. Les morphologies des dunes et de leurs couvertures végétales sont étudiées par télémétrie laser (LiDAR) et leurs compositions chimiques et pigmentaires sont obtenues par imagerie hyperspectrale (HSI). Les données LiDAR à retour d’onde complet et hyperspectrales sont acquises via un avion bi-trappes. Le balayage latéral (whiskbroom) du faisceau laser à 1064 nm est synchronisé avec le balayage frontal (pushbroom) de la caméra. La typologie des dunes est déterminée par l’emploi de classifications hiérarchisées des images hyperspectrales, se basant sur les propriétés spectrales des couverts végétaux. La cartographie d’Ammophila arenaria (oyat), proxy de stabilisation de la dune blanche, est cependant parfois rendue difficile par sa proximité avec les signatures spectrales d’autres plantes ainsi que par sa forte variabilité d’états phénologiques d’une année à l’autre. La télémétrie laser des sols n’est possible que lorsque ceuxci peuvent être atteints, ce que ne permettent pas les groupement d’oyat, du fait de la densité de leur composante foliaire. L’analyse du retour d’onde complet montre cependant que la structure du feuillage induit une déformation caractéristique permettant d’identifier l’oyat parmi toute les autres plantes de la dune. Celle-ci peut alors être utilisée pour corriger l’erreur de détermination de la topographie des dunes.

Remote sensing allows an accurate monitoring of coastal sand dune ridges. These latter protect the retrolittoral areas against marine submersions. In the context of the Pays-de-la-Loire region sandy coast monitoring, two main parameters are analyzed: 1) morphology, giving access to sedimentary stocks and movements, and 2) vegetation cover, allowing to assess the dune ridges stability. Dune morphologies and their végétation cover are studied using laser ranging (LiDAR and their chemical and pigment compositions are obtained using hyperspectral imaging (HIS). Full waveform LiDAR and hyperspectral imaging data were both acquired via bihatch aircraft. The acrosstrack scanning (whiskbroom) of the 1064 nm laser beam were synchronized with the alongtrack scanning (pushbroom) of the camera. The dune typology were determined by using hyperspectral image hierarchical classification, based on the vegetation cover spectral properties. The mapping of Ammophila arenaria (marram grass), white dune stabilisation proxy, is difficult because of its proximal spectral signature with other plants of the dune and because of its high phenological variability from a year to another. Ground ranging is only possible when the vegetation cover allows it, which is not the case with the marram grass, because of its foliar component density. However, full-waveform analysis shows that this particular leaf structure induces a caracteristical deformation of the signal, which allows to identify the marram grass between other plants. As a result, this deformation can now be used to map the marram grass and to correct dune topographical determination errors.