Simulation de la fluorescence de la végétation mesurée depuis une orbite géostationnaire

par Camill Rhoul

Thèse de doctorat en Océan, atmosphère, climat et observations spatiales

Sous la direction de Ismaël Moya.

Soutenue le 13-12-2016

à Paris Saclay , dans le cadre de Ecole doctorale des sciences de l'environnement d'Ile-de-France (Paris) , en partenariat avec Laboratoire de météorologie dynamique (laboratoire) , École polytechnique (Palaiseau, Essonne) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de Météorologie Dynamique / LMD (laboratoire) .

Le président du jury était Stéphane Jacquemoud.

Le jury était composé de Ismaël Moya, Frederick Pasternak, Yves Goulas, Kamel Soudani, Fabienne Maignan, Albert Olioso.

Les rapporteurs étaient Jean-Philippe Gastellu-Etchegorry.


  • Résumé

    Le travail de cette thèse porte sur l’étude de la télédétection de la fluorescence chlorophyllienne avec un instrument imageur passif depuis une orbite géostationnaire pour le suivi de l’état physiologique de la végétation. Le concept instrumental est étudié théoriquement pour aboutir à la création d’uninstrument et à sa validation. La possibilité de mesurer des cycles diurnes de la fluorescence végétale depuis une orbite géostationnaire est évaluée à l’aide de simulations qui permettent de dresser les spécifications d’un instrument spatial.L’instrument imageur passif mesure dans la bande O 2 -A d’absorption atmosphérique. Il utilise une roue à filtres interférentiels dont la fonction de transmittance varie avec l’angle d’incidence des rayons les traversant. L’étude théorique a permis d’optimiser le placement spectral des filtres en vuede minimiser l’incertitude liée à la mesure de fluorescence.Grâce à la comparaison des mesures de l’instrument imageur avec d’autres instrument de mesure de la fluorescence, l’instrument et son concept instrumental ont été validés. Néanmoins, à cause d’effets de structure de la végétation intervenant sur le transfert radiatif de la fluorescence et de la lumière solaire au sein du couvert végétal, ces mesures ont confirmé la difficulté d’estimer le rendement de fluorescence de la végétation à partir des flux de fluorescence mesurés.Une étude théorique menée grâce à une modélisation du transfert radiatif de la fluorescence dans le couvert végétal jusqu’au capteur a permis d’expliquer la difficulté à retrouver le rendement de fluorescence à partir des flux. Cette étude a mis en avant l’accessibilité du rendement pour des couverts à fortedensité de feuilles et lorsque la distribution de l’orientation des feuilles est centrée sur l’horizontale.Cette modélisation a été étendue pour simuler des mesures spatiales dans le but d’étudier la possibilité de mesurer la fluorescence depuis une orbite géostationnaire dans les bandes O 2 -A et O 2 -B. Les résultats de ces simulations montrent la possibilité de mesurer préférentiellement dans la bandeO 2 -A avec une faible incertitude sur les flux de fluorescence et une bonne répétabilité temporelle pour le suivi des cycles diurnes de la fluorescence de la végétation.

  • Titre traduit

    Simulation of the measurement of vegetation fluorescence from a geostationnary orbit


  • Résumé

    Le travail de cette thèse porte sur l’étude de la télédétection de la fluorescence chlorophyllienne avec un instrument imageur passif depuis une orbite géostationnaire pour le suivi de l’état physiologique de la végétation. Le concept instrumental est étudié théoriquement pour aboutir à la création d’uninstrument et à sa validation. La possibilité de mesurer des cycles diurnes de la fluorescence végétale depuis une orbite géostationnaire est évaluée à l’aide de simulations qui permettent de dresser les spécifications d’un instrument spatial.L’instrument imageur passif mesure dans la bande O 2 -A d’absorption atmosphérique. Il utilise une roue à filtres interférentiels dont la fonction de transmittance varie avec l’angle d’incidence des rayons les traversant. L’étude théorique a permis d’optimiser le placement spectral des filtres en vuede minimiser l’incertitude liée à la mesure de fluorescence.Grâce à la comparaison des mesures de l’instrument imageur avec d’autres instrument de mesure de la fluorescence, l’instrument et son concept instrumental ont été validés. Néanmoins, à cause d’effets de structure de la végétation intervenant sur le transfert radiatif de la fluorescence et de la lumière solaire au sein du couvert végétal, ces mesures ont confirmé la difficulté d’estimer le rendement de fluorescence de la végétation à partir des flux de fluorescence mesurés.Une étude théorique menée grâce à une modélisation du transfert radiatif de la fluorescence dans le couvert végétal jusqu’au capteur a permis d’expliquer la difficulté à retrouver le rendement de fluorescence à partir des flux. Cette étude a mis en avant l’accessibilité du rendement pour des couverts à fortedensité de feuilles et lorsque la distribution de l’orientation des feuilles est centrée sur l’horizontale.Cette modélisation a été étendue pour simuler des mesures spatiales dans le but d’étudier la possibilité de mesurer la fluorescence depuis une orbite géostationnaire dans les bandes O 2 -A et O 2 -B. Les résultats de ces simulations montrent la possibilité de mesurer préférentiellement dans la bandeO 2 -A avec une faible incertitude sur les flux de fluorescence et une bonne répétabilité temporelle pour le suivi des cycles diurnes de la fluorescence de la végétation.


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