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Theses

Retrieval of forest biomass from spaceborne synthetic aperture radar data: on the coupling of an architectural plants model with an electromagnetic model

Résumé : La possibilité de spatialiser certains paramètres forestiers comme la biomasse sur pied représente un enjeu significatif pour la gestion raisonnée de la ressource forestière, et une meffleure compréhension du fonctionnement des écosystèmes forestiers. A cette fin, l’imagerie par radar à synthèse d’ouverture (RSO), en plus de son utilisation tout temps, a montré ces dernières années de bonnes potentialités par la sensibilité de la rétrodiffusion basses fréquences (P et L) en polarisation croisée (HV) aux paramètres de la masse ligneuse, jusqu’à des volumes de l’ordre de 200-300 m3fha. Ces études, réalisées sur des milieux forestiers simples (essentiellement plantations de résineux) ont démontré dans une certaine mesure que l’architecture de l’arbre ainsi que la topographie sont des paramètres importants à prendre en compte, nécessitant toutefois des études complémentaires. Plus globalement, la généralisation à des conditions forestières variées, nécessite une meilleure compréhension du lien biophysique entre l’écho radar et les paramètres recherchés, lien perturbé par la topographie, grâce à une approche de modélisation de la diffusion électromagnétique des ondes par le couvert. Toutefois, ce type d’approche bute sur l’absence de description précise du milieu forestier en termes géométrique et architectural des diffuseurs élémentaires (feuilles, branches, troncs). Ainsi, les récents modèles architecturaux de croissance des plantes du type AMAP (Atelier de Modélisation de l’Architecture des Plantes du CIRAD) s’avèrent intéressants à cette fin. Le premier objectif, de type problème direct, vise à affiner la compréhension du lien physique entre la rétrodiffusion radar et les paramètres forestiers, à l’aide d’une démarche originale de couplage du modèle AMAP avec le modèle de transfert radiatif vectoriel du MIT/CESBIO. Un deuxième objectif, de type problème inverse, est d’évaluer la faisabilité d’estimation spatialisée de paramètres forestiers à l’aide de données RSO seules ou en synergie avec le modèle AMAP, intégrés dans un SIG. Dans les deux cas, les perturbations dues au relief sont abordées explicitement, et nécessite la mise en oeuvre et la validation de post-traitements développés récemment au LCT. L’étude est menée sur un site forestier “simple” de parcelles monospécifiques équiennes de pin noir d’Autriche, localisé en Lozère et situé dans différentes configurations topographiques où des données RSO variées (ERS, JERS et surtout SIR-C) ont été acquises. La méthodologie est basée sur un SIG permettant la mise en correspondance des données expérimentales (RSO, MNT, paramètres forestiers). Elle intègre également le développement et le calage du modèle AMAP pour le pin noir, et d’une nouvelle interface dénommé AMAP2SAR, permettant d’accéder à une caractérisation architecturale réaliste du couvert forestier. Les résultats en bande L et en particulier en polarisation HV montrent une bonne sensibilité aux paramètres forestiers de la masse ligneuse, pour des volumes de fûts jusqu’à 150 m3fha. Cette sensibilité est très similaire à celle observée auparavant en terrain plat, après l’application d’une phase de correction des perturbations radiométriques dûs au relief, impliquant le développement d’un modèle semi-empirique de correction angulaire. Par la suite, la modélisation de la rétrodiffusion prenant en compte la variabilité verticale dans le couvert grâce à AMAP a montré les faiblesses de l’hypothèse d’homogénéité verticale utilisée jusqu’à maintenant par les modèles électromagnétiques. Ceci a permis de mieux mettre en évidence le lien de la rétrodiffusion de volume dominante pour la configuration L-HV avec la densité et le diamètre des branches primaires, paramètres bien corrélés allométriquement à des paramètres plus classiques du couvert comme la densité et la section des fûts, et donc du volume à l’hectare des fûts. L’impact topographique a également été modélisé ce qui a permis de valider le modèle semi-empirique de correction angulaire précité. Finalement, des résultats d’inversion de paramètres forestiers à partir des données radar, du modèle AMAP ou des deux couplés dans un SIG sont présentés. L’ensemble de ces résultats permet de cerner les limites de ce type d’approche et de discuter des perspectives d’applications et des travaux à mener à cette fin.
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Contributor : Administrateur Agrosupdijon <>
Submitted on : Tuesday, June 11, 2019 - 6:23:37 PM
Last modification on : Tuesday, October 15, 2019 - 5:30:02 PM

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Thierry Castel. Retrieval of forest biomass from spaceborne synthetic aperture radar data: on the coupling of an architectural plants model with an electromagnetic model. Silviculture, forestry. Ecole Nationale du Génie Rural des Eaux et des Forêts, 1998. English. ⟨tel-02152966⟩

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