Prédiction spatiale des teneurs en carbone organique des sols par télédétection visible – proche – infrarouge à l’échelon du bassin versant PDF Download
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La compréhension de la répartition spatiale du carbone organique (CO) est un enjeu environnemental majeur, en lien notamment avec l’évaluation des stocks de carbone ou le transfert des pesticides dans les sols. La télédétection permet le suivi de phénomènes environnementaux à l’échelon de vastes territoires, par l’intermédiaire des propriétés spectrales de surface, notamment liées à des propriétés de sols : cette étude se propose de relier la réflectance du sol à la teneur en CO et de spatialiser celle-ci à l’aide d’images satellitales SPOT (Système Pour l’Observation de la Terre) au niveau d’un bassin-versant de la Beauce. Trois étapes composent ce travail : i) la teneur en CO est d’abord estimée à l’aide d’une régression des moindres carrés partiels (Partial Least Squares Regression, PLSR, en anglais) calculée sur 153 bandes décrivant 27 spectres de réflectance de terrain dans le domaine visible-proche infrarouge (400-900 nm) ; ii) la teneur en CO est ensuite estimée à l’aide d’une PLSR mise en œuvre sur les 3 bandes spectrales simulées du capteur Haute Résolution Visible (HRV) du satellite SPOT : iii) cette dernière relation est appliquée à une image SPOT radiométriquement corrigée en réflectance, ce qui résulte en une spatialisation de la teneur en CO. Un jeu de 10 sites indépendants est utilisé pour valider ces estimations spatialisées des teneurs en CO. Seuls les spectres mesurés en conditions de terrain, et non ceux de laboratoire, s’avèrent conduire à des modèles applicables aux images. Ainsi, par la PLSR basée sur 153 bandes (400-900 nm) des spectres de terrain, le modèle de prédiction des teneurs en CO est performant, avec une valeur du coefficient de détermination R2 élevée (0,78) et une erreur quadratique moyenne de validation croisée (Root Mean Square Error of cross validation ou RMSECV) faible, de 0,53 g.kg-1. Par la PLSR restreinte à 3 bandes SPOT simulées à partir des spectres de terrain, le modèle de prédiction des teneurs en CO est certes moins performant (R2 = 0,39 ; RMSECV = 1,02 g.kg-1) mais son application est possible : les valeurs prédites sur l’image sont validées par une valeur de RMSE de 1,33 g.kg-1 de CO du sol.
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La compréhension de la répartition spatiale du carbone organique (CO) est un enjeu environnemental majeur, en lien notamment avec l’évaluation des stocks de carbone ou le transfert des pesticides dans les sols. La télédétection permet le suivi de phénomènes environnementaux à l’échelon de vastes territoires, par l’intermédiaire des propriétés spectrales de surface, notamment liées à des propriétés de sols : cette étude se propose de relier la réflectance du sol à la teneur en CO et de spatialiser celle-ci à l’aide d’images satellitales SPOT (Système Pour l’Observation de la Terre) au niveau d’un bassin-versant de la Beauce. Trois étapes composent ce travail : i) la teneur en CO est d’abord estimée à l’aide d’une régression des moindres carrés partiels (Partial Least Squares Regression, PLSR, en anglais) calculée sur 153 bandes décrivant 27 spectres de réflectance de terrain dans le domaine visible-proche infrarouge (400-900 nm) ; ii) la teneur en CO est ensuite estimée à l’aide d’une PLSR mise en œuvre sur les 3 bandes spectrales simulées du capteur Haute Résolution Visible (HRV) du satellite SPOT : iii) cette dernière relation est appliquée à une image SPOT radiométriquement corrigée en réflectance, ce qui résulte en une spatialisation de la teneur en CO. Un jeu de 10 sites indépendants est utilisé pour valider ces estimations spatialisées des teneurs en CO. Seuls les spectres mesurés en conditions de terrain, et non ceux de laboratoire, s’avèrent conduire à des modèles applicables aux images. Ainsi, par la PLSR basée sur 153 bandes (400-900 nm) des spectres de terrain, le modèle de prédiction des teneurs en CO est performant, avec une valeur du coefficient de détermination R2 élevée (0,78) et une erreur quadratique moyenne de validation croisée (Root Mean Square Error of cross validation ou RMSECV) faible, de 0,53 g.kg-1. Par la PLSR restreinte à 3 bandes SPOT simulées à partir des spectres de terrain, le modèle de prédiction des teneurs en CO est certes moins performant (R2 = 0,39 ; RMSECV = 1,02 g.kg-1) mais son application est possible : les valeurs prédites sur l’image sont validées par une valeur de RMSE de 1,33 g.kg-1 de CO du sol.
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La spectrométrie visible proche-infrarouge (Vis-PIR) en combinaison avec la chimiométrie, notamment la régression en moindres carrées partiels (RMCP), constitue un outil prometteur pour quantifier diverses propriétés pédologiques. Quatre bases de données analytiques et pédospectrales ont été constituées. La première correspond à 22 échantillons artificiels. La seconde et la troisième sont deux bases régionales, respectivement formées de 125 échantillons de la région tempérée de Bretagne et de 89 échantillons, collectées dans trois sites distincts de la même région aride du Déjrid. La quatrième est formée de 144 échantillons collectés sur un même site de la région du Dérid (580 ha). Avec la première base, nous avons : i) étudié qualitativement, l’influence des teneurs en carbone organique et en fer total sur la réponse spectrale, ii) estimé les teneurs en carbone organique (C0) et en fer total, iii) étudié la variation des performances des modèles RMCP en fonction de la variation du jeu de calibration. La base bretonne a été analyésée pour le C, l’azote total (Ntot), le pH, la capacité d’échange cationique (CEC), le fer total et les cinq fractions granuolmétriques (argile Ar), limon fin (LF), limon grossier (LG) sable fin (SF) et sable grossier (SG). Puis en utilisant l’analyse e composante principale (ACP), comme procédure de sélection des échantillons de calibration et de prédiction, nous avons calibré des modèles régionaux des 10 propriétés physico-chimique et identifié, pour chaque propriété, laquelle des fenêtres spectrale : combinée Vis-PIR, Vis et PIR offre la meilleure estimation.
Author: Mounia Zaouche Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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Cette thèse porte sur l'estimation spatiale de la teneur superficielle en carbone organiquedu sol ou teneur en SOC (pour 'Soil Organic Carbon content'), à l'échelle d'une petite région agricolefrancilienne. La variabilité de la teneur en SOC a été identifiée comme étant l'une des principales sourcesd'incertitude de la prédiction des stocks de SOC, dont l'accroissement favorise la fertilité des sols etl'atténuation des émissions de gaz à effet de serre. Nous utilisons des données provenant de sourceshétérogènes décrites selon différentes résolutions spatiales (prélèvements de sol, carte pédologique, imagessatellitaires multispectrales, etc) dans le but de produire d'une part une information spatiale exhaustive,et d'autre part des estimations précises de la teneur en SOC sur la région d'étude ainsi qu'une uneévaluation des incertitudes associées. Plusieurs modèles originaux, dont certains tiennent compte duchangement du support, sont construits et plusieurs approches et méthodes de prédiction sont considérées.Parmi elles, on retrouve des méthodes bayésiennes récentes et performantes permettant non seulementd'inférer des modèles sophistiqués intégrant conjointement des données de résolution spatiale différentemais aussi de traiter des données en grande dimension. Afin d'optimiser la qualité de la prédictiondes modélisations multi-sources, nous proposons également une approche efficace et rapide permettantd'accroître l'influence d'un type de données importantes mais sous-représentées dans l'ensemble de toutesles données initialement intégrées.
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Cette publication réponds au souci des décideurs à définir de zones de modulation intra parcellaire et à identifier au sein d'un bassin agricole les zones présentant le plus grand potentiel pour la mise en place d'une démarche d'agriculture de précision. L'originalité de cette approche repose sur l'étude de la variabilité des sols (le pattern) et non de la valeur de réflectance. Cela permet de surmonter un des problèmes récurrents de l'étude des sols par télédétection qui est le nombre de facteurs influençant cette mesure. Sous l'hypothèse que le "vrai pattern" du sol correspond à celui qui est temporellement stable, une méthode permettant d'identifier les images où ce pattern est présent à l'échelle parcellaire est proposée. La source de cette variabilité est ensuite expliquée Le vrai pattern confronté à des cartes de rendement intra-parcellaire ont permis d'apporter des éléments de réponse aux relations entre pattern du sol et celui du rendement A l'échelle d'un bassin versant et pour permettre aux décideurs de prioriser les zones de démarche d'une agriculture de précision, une méthode de classification en zones de variabilité ayant une signification agronomique est proposée.
Author: Christian Dikwemi Savuvu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 45
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Le but de ce travail était de caractériser la variabilité spatiale initiale de propriétés physico-chimiques de l'horizon cultural de la parcelle expérimentale du nouvel observatoire de recherches en environnement, dédié à l'acquisition de connaissances sur les effets agronomiques et environnementaux des apports d'effluents issus des élevages, et cela avant toute pratique culturale et avant l'application de tout traitement. Pour caractériser cette variabilité spatiale, nous avons utilisé des méthodes géophysiques à haute densité d'échantillonnage, non destructive, nous permettant ainsi d'éviter de perturber les propriétés de structure du sol. Des mesures ponctuelles de la résistivité électrique ont été réalisées d'une part et d'autre part les teneurs en carbone organique ont été prédites par spectrométrie Vis-PIR. La variabilité de la résistivité apparente permet d'appréhender la variabilité des sols de notre site d'autant plus que la résistivité apparente varie en fonction de texture, de l'humidité et d'autres propriétés de structure du sol notamment la densité apparente. La teneur en carbone prédite et estimée se situent en dans un même ordre de grandeur, ce qui nous pousse à conclure que le modèle de prédiction de la teneur en carbone à partir des spectres était satisfaisant, avec R2 = 0,76, RMSE = 0.32% et RPD (Ratio of prediction deviation) = 2,03. La carte des teneurs en carbone organique estimée par spectrométrie montre une structure spatiale avec des teneurs élevées sur la bordure Est de la parcelle étudiée.
Author: Nicolas Baghdadi Publisher: ISTE Group ISBN: 1784051608 Category : Agriculture Languages : fr Pages : 362
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Le suivi de la dynamique des milieux urbains et des zones côtières soulève des questions importantes en termes de développement durable. Il représente un outil essentiel pour une meilleure prise en compte de la pression anthropique et de l’impact des changements climatiques. Observation des surfaces continentales par télédétection IIIprésente des applications de la télédétection en milieux urbains et en zones côtières. Il explicite son usage dans les processus de décision territoriale, la planification et la reconnaissance d’objets – étalement urbain, pollution lumineuse, qualité de l’air. Il traite par la suite de l’observation de la couleur de l’eau et l’étude de la dynamique côtière (trait de côte, bilan sédimentaire) avant d’analyser la dynamique des mangroves.
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UNE BONNE CONNAISSANCE DE L'ETAT HYDRIQUE DU SOL OFFRE DES POSSIBILITES INTERESSANTES POUR AMELIORER LA MODELISATION DES DEBITS A L'EXUTOIRE DE PETITS BASSINS VERSANTS AGRICOLES. DANS CETTE OPTIQUE, L'OBJECTIF DE CETTE RECHERCHE ETAIT D'ELABORER ET DE METTRE EN UVRE UNE METHODOLOGIE PERMETTANT LE SUIVI DE L'ETAT HYDRIQUE DES SOLS PAR TELEDETECTION SPATIALE (RADAR ET INFRAROUGE THERMIQUE) EN VUE DE L'INTEGRATION DE CETTE INFORMATION DANS UN MODELE HYDROLOGIQUE. L'ETUDE MENEE SUR LA BRETAGNE DE 1992 A 1994 A D'ABORD MONTRE, EN PERIODE DE FAIBLE DEVELOPPEMENT DE LA VEGETATION, LA CAPACITE DU RADAR A OUVERTURE SYNTHETIQUE DU SATELLITE ERS1 A ESTIMER L'ETAT HYDRIQUE DE SURFACE DU SOL A L'ECHELLE D'UN BASSIN VERSANT DE RECHERCHE (NAIZIN, MORBIHAN). CE RESULTAT A ETE GENERALISE A L'ECHELLE REGIONALE SUR UNE QUARANTAINE D'AUTRES BASSINS VERSANTS. CEPENDANT, EN PERIODE ESTIVALE LE SUIVI DE L'HUMIDITE DU SOL EST PERTURBE PAR LE COUVERT VEGETAL QUI INFLUENCE FORTEMENT LE SIGNAL RADAR RETRODIFFUSE. DANS UN SECOND TEMPS, LA RESOLUTION DU BILAN ENERGETIQUE A LA SURFACE DU SOL A PERMIS D'EXPLOITER EN TERME D'HUMIDITE DE SURFACE DU SOL LES DONNEES RECUEILLIES DANS L'INFRAROUGE THERMIQUE PAR LE RADIOMETRE AVHRR DU SATELLITE NOAA. EN RAISON DES CONDITIONS LOCALES CLIMATIQUES ET D'OCCUPATION DU SOL, IL EST APPARU DIFFICILE D'ACCEDER PAR CETTE METHODE A L'HUMIDITE DE LA COUCHE RACINAIRE ET SEUL L'ETAT HYDRIQUE DE SURFACE A PU ETRE OBTENU. LE TROISIEME VOLET DU TRAVAIL A CONSISTE A COMPARER L'ETAT HYDRIQUE ESTIME PAR TELEDETECTION AVEC LES SIMULATIONS D'UN MODELE HYDROLOGIQUE CONCEPTUEL GLOBAL. LES BONS RESULTATS OBTENUS OUVRENT DE LARGES PERSPECTIVES D'ASSIMILATION DES DONNEES DE TELEDETECTION POUR LA MODELISATION DES DEBITS DES RIVIERES ET LA GESTION DES RESSOURCES EN EAU SUPERFICIELLES
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Cette thèse présente une étude du cycle du carbone dans la Loire et ses principaux affluents dans le but (1) de décrire, en s'appuyant sur la composition isotopique (14C et 13C), les sources, la nature et l'âge du Carbone Inorganique et Organique Dissous (CID, COD) et du Carbone Organique Particulaire (COP) prélevés lors de quatre missions en 2013-2014 et (2) d'utiliser le carbone 14 anthropique, présent dans les rejets liquides des 5 Centres Nucléaires de Production d'Electricité (CNPE) en service sur le bassin, comme traceur de transfert de carbone entre les différentes phases.Les archéologues ont mis en évidence que les âges radiocarbone déterminés sur des échantillons d'os ou de matériels non-humains (poteries, céramiques, sédiments...) ne sont pas à l'équilibre avec l'atmosphère de l'époque et nécessitent une correction. Ce biais provient de l'âge de l'eau ingérée ou utilisée et plus précisément de l'âge du CID appelé âge réservoir. Dans la Loire et ses affluents, le CID est principalement issu de l'érosion et de la dissolution du substrat géologique. Les concentrations en CID sont plus élevées en terrain sédimentaire carbonaté localisé en Loire moyenne. Les âges réservoirs étant directement corrélés à la teneur en CID, ils présentent une grande variabilité spatiale (de 135 à 2251 années 14C) du fait de la traversée de zones géologiques plus ou moins carbonatées par la Loire et ses affluents.Par ailleurs, ce CID est principalement consommé lors des processus photosynthétiques pour produire le COP algal. Ce COP algal est l'une des deux composantes de la matière organique (MO) particulaire avec le COP détritique. Les concentrations en COP suivent un cycle temporel très marqué avec des teneurs plus élevées au printemps. Le marquage du carbone algal dépend de la signature isotopique du CID utilisé lors de la synthèse chlorophyllienne. Les âges réservoirs déterminés dans le COP varient alors entre 124 et 1597 années 14C avec une variation spatio-temporelle identique à celle observée dans le CID. La proportion de carbone algal, variant entre 2 et 100%, dépend de la rivière et des conditions climatiques et hydrologiques sans qu'il soit possible d'énoncer une règle générale. La composante détritique du COP possède un marquage proche du COP et du COP algal impliquant que ce carbone détritique n'est pas d'origine géologique et donc qu'il n'est pas réfractaire.La décomposition de cette MO particulaire est une source de COD au même titre que l'activité métabolique des organismes (lyse et exsudation) et l'apport de vieille MO par la rivière, le lessivage des sols ou les nappes souterraines. Les concentrations en COD suivent donc les mêmes cycles saisonniers que le COP. Cependant, les teneurs sont plus élevées que celles du COP et augmentent peu le long des rivières (±1mg/L). Il peut être âgé si le COP et/ou la MO exportée sont anciens. Ainsi, les âges réservoirs dans le COD sont compris entre 101 et 2494 années 14C en avril 2013 avec des âges plus vieux en zone agricole.L'utilisation du radiocarbone anthropique a permis, outre la visualisation des transferts entre les différentes phases, de confirmer l'émission de 14C enrichi (ou actif) sous la forme CID par les CNPE et infirmer celle d'une composante 14C anthropique actif dans le COP et le COD. Cependant, l'activité 14C du CID ne représente pas l'activité totale du rejet en raison des échanges eau-atmosphère induisant un flux sortant de 14C. Le COP marqué enregistre l'activité initiale du rejet liquide en utilisant le CID émis par les CNPE. Le COP étant isolé de l'atmosphère, l'activité mesurée dans le COP est proche de son activité d'origine dans le rejet.L'acquisition de toutes ces données et la compréhension des processus de transferts entre CID, COP et COD permettra d'améliorer le modèle de prédiction existant et à terme, d'anticiper le comportement de ce radionucléide dans le milieu récepteur de son émission à son arrivée dans l'estuaire puis dans l'Océan Atlantique.
Author: Lionel Berthier
Author: Lionel Berthier
Author: Hamouda Aichi
Author: Mounia Zaouche
Author: Christine King
Author: Ignacio Touriño Soto
Author: Christian Dikwemi Savuvu
Author: Nicolas Baghdadi
Author: Anne-Laure Cognard-Plancq
Author: Cindy Coularis
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