Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Détection du volume du couvert“

Résumé L’imagerie satellitaire dans le visible et l’infrarouge permet de cartographier le couvert nival à grande échelle, ce qui n’est pas facilement réalisable à partir des observations locales conventionnelles. Cependant, en raison de leur résolution spatiale inadéquate ou de la faible durée de leurs séries d’observations, les produits satellitaires actuellement disponibles sont inutilisables pour l’étude à long terme du couvert nival. Par conséquent, l’objectif de la présente étude a été de développer un algorithme opérationnel de cartographie de la neige à l’aide des données du capteur AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) embarqué à bord du satellite NOAA. Cette procédure doit permettre de suivre l’évolution spatio-temporelle de la neige au sol sur une longue période de temps et avec une bonne résolution spatiale. Les résultats de la cartographie ont été validés par rapport aux observations de l’occurrence et de l’épaisseur de la neige au sol. L’algorithme a été appliqué au territoire du Québec sur trois périodes spécifiques : 1998-1999, 1991-1992 et 1986-1987. L’algorithme a réussi à identifier la catégorie de surface (neige/non-neige) avec un taux de succès global moyen de 87 %. Les performances de l’algorithme ont été supérieures dans la détection de la neige (90 %) qu’elles l’ont été pour les surfaces sans neige (82 %). Également, l’algorithme a permis de situer le début des périodes de formation et de fonte de la neige, et ce tant au niveau local qu’à l’échelle du bassin versant.

C'est avec la télédétection radar que les résultats les plus prometteurs pour estimer et cartographier l'humidité du sol ont été obtenus. Les travaux de ces dernières années ont donné lieu à de nombreuses approches et algorithmes. Dans ce papier, nous évaluons l'approche détection des changements, qui offre le potentiel d'une utilisation opérationnelle, qui est moins complexe, minimise le rôle de la rugosité de surface et de la végétation. Quatre images du capteur ASAR/ENVISAT avec la même configuration ont été acquises, sur un secteur des hautes plaines semi-arides de l'Est de l'Algérie ; 67 échantillons sont prélevés à chaque passage du satellite sur cinq parcelles test et l'humidité mesurée. L'étude des régressions linéaires associée à l'approche détection du changement a permis l'expression du coefficient de rétrodiffusion comme fonction de l'humidité volumique du sol (σ0 = a*θ + b). Les coefficients “a” et “b” de l'équation diffèrent d'un site à l'autre et d'une saison à l'autre. Cette différence est due aux variations saisonnières de la rugosité et du couvert végétal. La comparaison entre l'humidité de surface mesurée et celle estimée montre la pertinence des modèles d'inversion utilisés, avec une erreur moyenne de plus ou moins 4%. Finalement, une carte de la distribution de l'humidité de surface de la région a été obtenue à partir des images acquises.

Dans le cadre des recherches archéologiques sur le site du Maimont, situé à cheval sur les communes de Niedersteinbach (Bas-Rhin, France) et Schönau (Rheinland Pfalz, Allemagne), plusieurs campagnes de mesures magnétiques ont eu lieu. Ces dernières avaient plusieurs objectifs : 1 - l’identification des aménagements anthropiques anciens (présence de fosses, résidus d'activités liées au feu, terrasses aménagées pour les activités artisanales, traces et plans de bâtiments) ; 2 - l’identification de zones perturbées par une intense activité durant le dernier conflit mondial. Pour cela, une technique de relevé et d’analyse magnétique à haute résolution et adaptée à un environnement accidenté de moyenne montagne et sous couvert forestier a été mise en place. Ainsi, à travers une approche interdisciplinaire et une confrontation des résultats magnétiques aux données archéologiques ont pu être mis en évidence des structures archéologiques souvent réputées peu détectables (trous de poteaux, terrasses) et dans des conditions de mesures difficiles, validant ainsi une nouvelle approche innovante de détection et d’analyse géophysique haute résolution pour l’archéologie.

Il est devenu habituel de lire dans les médias des articles accusant l’exploitation fores- tière d’être le moteur principal de la dispari- tion des forêts tropicales. Ce raccourci trom- peur est imputable à une méconnaissance des réalités forestières, d’une part, et à un amalgame entre l’exploitation forestière et le défrichement agricole, d’autre part. L’ob- jet de cet article rédigé par un praticien fami- lier du contexte forestier tropical était d’éva- luer l’impact de l’exploitation forestière sur les forêts denses tropicales humides, dans les deux continents africain et améri- cain. Par souci d’exactitude, les phases de l’exploitation ont été distinguées : installa- tion de la base vie, constitution du réseau routier de vidange des bois, réalisation des opérations d’exploitation proprement dites. Des scénarios ont été distingués en fonction de la richesse de la forêt, dont le volume ré- colté varie de 3 à 15 m3/ha. Ces estimations confirment que la destruction du couvert fo- restier demeure si faible qu’à l’exception de situations radicales l’exploitation forestière ne constitue pas une menace pour le main- tien durable des forêts tropicales. La mise en place des réseaux routiers et de pistes de débardage affecte de 4,5 à 5,5 % du couvert forestier. Les surfaces des trouées consé- cutives à l’abattage ne dépassent jamais 4 % du couvert, et restent inférieures à 2 % pour les forêts riches ou de richesse moyenne. L’exploitation forestière n’est donc direc- tement responsable que de la destruction de 5,5 à 8,5 % du couvert forestier. Dans le cas de forêts riches, des exploitations fores- tières successives peuvent certes atteindre 12 à 16 % du couvert forestier. Mais c’est alors sans compter sur la dynamique de reconstitution de la biomasse opérant natu- rellement entre deux séquences d’exploi- tation. En Asie du Sud-Est où l’exploitation est plus intensive en raison d’un potentiel commercial très élevé, la reconstitution du couvert est acquise en 20 ans. Si la valeur économique d’une forêt dense tropicale humide diminue avec l’exploitation, ses va- leurs biologique et écologique restent quant à elles sensiblement intactes.

La quantification fine et à large échelle des dynamiques du couvert forestier est indispensable dans la gestion des ressources naturelles. Elle fournit les connaissances pour lutter contre la perte de la biodiversité et réduire les émissions de gaz à effet de serre. À Madagascar, plusieurs études récentes ont montré l’importance de la déforestation, principalement liée à l’agriculture par abattis-brûlis. Cependant, la définition nationale des forêts n’a jamais été prise en compte dans leur processus de traitement des données. Par ailleurs, il n’existe pas ou peu d’informations sur l’étendue et l’importance des processus de dégradation et de régénération forestières. Ainsi, l’objectif de la présente thèse consiste à quantifier la déforestation, la dégradation et la régénération forestières dans l’écorégion des forêts humides de l’Est de Madagascar entre 2000 et 2015. Une approche basée sur la détection de changements d’images multidates a été appliquée pour estimer et analyser le niveau de déforestation. L’estimation de la dégradation et de la régénération a principalement été effectuée en faisant simultanément l’analyse de l’évolution du couvert et du stock de carbone forestier. La déforestation a été estimée à 90 171 ha/an entre 2000 et 2005, à 27 103 ha/an entre 2005 et 2010, à 33 978 ha/an entre 2010 et 2013 et à 80 626 ha/an entre 2013 et 2015. La dégradation forestière a été estimée à 20 327 ha/an et la régénération à 7 997 ha/an entre 2000 et 2015. La validation de ces résultats a été réalisée par inspection visuelle des points sur des images de haute résolution spatiale. La précision globale de la carte de déforestation a été évaluée à 90 % tandis que, pour la dégradation et la régénération, elle a été estimée à 88,5 %. La présente thèse propose ainsi des éléments méthodologiques innovants associant l’analyse des données de télédétection spatiale et des données de terrain pour le suivi de la déforestation, la dégradation et la régénération forestières à Madagascar. Elle contribue également à fournir les informations statistiques nécessaires à la mise en place du système national de suivi du couvert forestier.

Le réchauffement climatique est un phénomène d’envergure mondiale qui se répercute sur le système climatique. Une des conséquences du réchauffement climatique est l'extension de la période de sécheresse, favorisant ainsi l’augmentation des fréquences du phénomène des feux de végétation. Les feux incontrôlés perturbent l’écologie et la fonctionnalité des écosystèmes, entraînant parfois leur érosion. La présente étude est une contribution pour la gestion des feux de végétation au Togo et porte sur le suivi spatial pour la saison des feux 2018-2019. Elle explore la potentialité des nouvelles données satellitaires Sentinel-2 (S-2) en accès libre dans la gamme de la télédétection optique pour la détection des surfaces brûlées, la cartographie des feux utilitaires et des feux incontrôlés. Elle teste également la performance de la méthode de cartographie des feux de végétation à partir de l’indice NBR (Normalized Burn Ratio) initialement conçue pour les images Landsat et évalue la biomasse végétale brûlée. Les résultats révèlent que les images S-2 présentent du potentiel dans la restitution des surfaces brûlées. La performance de la méthode de l’indice NBR sur les images S-2 est satisfaisante. La cartographie des feux de végétation montre que les feux utilitaires représentent 21,75 % contre 78,25 % pour les feux incontrôlés. L’ensemble des feux de végétation enregistrés a occasionné l’incendie de 5 878 km2 du couvert végétal, soit 10,39 % du territoire national. Le couvert végétal brûlé est composé majoritairement de savanes (33,12 %), de cultures et jachères (24,48 %), de plantations (14,59 %), de forêts claires (14,43 %) et de forêts riveraines (13,02 %). Les résultats obtenus constituent des éléments tangibles pour le suivi, la sensibilisation, l’élaboration des plans d’aménagement, de prévention et de gestion des feux.

Les tempêtes constituent la source majeure de perturbation des peuplements forestiers et l'évaluation rapide des dégâts est un défi important pour les gestionnaires forestiers. Nous avons étudié le potentiel d'une image Pléiades pour évaluer et cartographier les dégâts causés par une tempête sur un massif forestier de plaine en juin 2012. La méthode mise en œuvre repose sur la comparaison de deux segmentations et classifications indépendantes, avant et après tempête, pour détecter la perte de couvert forestier. La référence avant tempête est constituée par l'orthophotoplan départemental BDOrtho® de l'institut Géographique National, l'image après tempête étant une image Pléiades. La carte des dégâts obtenue est globalement satisfaisante (précision globale 70%, kappa 62.5%), avec une bonne détection des dégâts massifs. Les dégâts diffus sont moins bien détectés et on observe des confusions entre les zones de dégâts et les peuplements résineux indemnes. Malgré ces limitations, une telle carte, sous réserve que l'image puisse être obtenue et traitée rapidement peut constituer une aide efficace pour la gestion de la crise.

Des mesures faites au printemps 1981 pour connaître le volume et le poids des sédiments fins contenus dans le couvert de glace de la baie de Montmagny, côte sud du moyen estuaire du Saint-Laurent, révèlent le rôle important des glaces comme agent de transport des sédiments fins. La superficie du couvert de glace étant de 20 km2 et l’épaisseur moyenne des sédiments fins dans la glace de 10 cm, la charge totale serait de 4 millions de tonnes. On estime qu’environ 10 à 15% de cette charge est restituée directement à la zone intertidale durant le déglacement. Des 85 à 90% qui reste, près de la moitié serait restituée à la zone de turbidité du moyen estuaire alors que l’autre moitié serait effectivement exportée par les glaces vers l’estuaire maritime.

En milieu montagneux et forestier, la localisation de la route et ses caractéristiques géométriques sont des informations cruciale pour de nombreuses applications écologiques et liées à la gestion forestière. Par ailleurs, le lidar aéroporté topographique est devenu une technique de télédétection reconnue pour la caractérisation fine de la surface terrestre : les Modèles Numériques de Terrain (MNT) en sont le produit standard.Cet article aborde le problème de la détection de routes sur de grandes surfaces (>1000 km2) dans de tels environnements. Pour cela, nous avons proposé une méthode fondée sur l’hypothèse que les routes peuvent être modélisées par des objets planaires suivant une direction privilégiée et avec de fortes variations du relief dans la direction orthogonale. La connaissance seule du MNT lidar à 1 m de résolution est suffisante dans notre processus, qui ne requiert donc pas le traitement supplémentaire des nuages de points 3D lidar ni de données à retour d’onde complète. L’intégralité de l’analyse se fait donc en deux dimensions. Tout d’abord, trois attributs morphologiques sont extraits du MNT et introduits dans une classification supervisée par Forêts Aléatoires des zones potentiellement "routes". Ensuite, un graphe est créé à partir de ce masque de focalisation afin de combler les éventuels manques et occlusions dus principalement à la végétation. En particulier, les noeuds sont sélectionnés avec un Processus Ponctuel, puis le graphe est élagué en suivant le modèle de route initial. Enfin, la largeur et la pente des routes sont estimées grâce au MNT avec une analyse orientée-objet. D’une part, on obtient une qualité de détection convaincante, tant au niveau de l’exhaustivité (>80%) que de la précision géométrique, supérieure à celle des bases de données topographiques 2D existantes. De plus, de nouvelles routes sont détectées grâce à la capacité du lidar à restituer le terrain sous le couvert végétal. Cependant, en présence d’un trop faible nombre de mesures lidar au niveau du sol, des routes peuvent ne pas être restituées. Enfin, nous montrons que notre méthode est adaptée à une analyse sur de grandes surfaces puisqu’elle permet des rendements de moins de 2 minutes par km2.

Au cours de la croissance des plantes, leur suivi apporte beaucoup d'avantages aux producteurs. Cette surveillance comprend la mesure des propriétés physiques, le comptage des feuilles des plantes, la détection des plantes et leur séparation des mauvaises herbes. Toutes ces techniques peuvent être réalisées de différentes manières, cependant, les techniques favorables sont non destructives car la plante est une créature très sensible que toute manipulation peut perturber sa croissance ou entraîner la perte de feuilles ou de branches. Les techniques d'imagerie sont les meilleures solutions pour le suivi de la croissance des plantes et les mesures géométriques. À cet égard, dans ce projet, l'utilisation de l'imagerie stéréo et des données multispectrales a été étudiée. L'imagerie stéréo active et passive a été utilisée pour l'estimation des propriétés physiques et le comptage des feuilles et des données multispectrales ont été utilisées pour la séparation des cultures et des mauvaises herbes. La plante de poivron a été utilisée pour des mesures d'imagerie pendant une période de 30 jours et pour la séparation culture/mauvaise herbe, les réponses spectrales du poivron et de cinq mauvaises herbes ont été mesurées. Neuf propriétés physiques des feuilles de poivre (c. Le système stéréo était composé de deux caméras LogiTech et d'un vidéoprojecteur. Tout d'abord, le système stéréo a été calibré à l'aide d'images d'échantillons d'un damier standard dans différentes positions et angles. Le système a été contrôlé à l'aide de l'ordinateur pour allumer une ligne lumineuse, enregistrer des vidéos des deux caméras pendant que la lumière est balayée sur la plante, puis arrêter la lumière. Les cadres ont été extraits et traités. L'algorithme de traitement a d'abord filtré les images pour supprimer le bruit, puis a seuillé les pixels indésirables de l'environnement. Ensuite, en utilisant la méthode de détection de pic du centre de masse, la partie principale et centrale de la ligne lumineuse a été extraite. Ensuite, les images ont été rectifiées en utilisant les informations d'étalonnage. Ensuite, les pixels correspondants ont été détectés et utilisés pour le développement du modèle 3D. Le nuage de points obtenu a été transformé en une surface maillée et utilisé pour la mesure des propriétés physiques. Pour les réponses spectrales des plantes, celles-ci ont été fraîchement déplacées au laboratoire, les feuilles ont été détachées des plantes et placées sur un fond sombre flou. Des lumières de type A ont été utilisées pour l'éclairage et les mesures spectrales ont été effectuées à l'aide d'un spectroradiomètre de 380 nm à 1000 nm. Pour réduire la dimensionnalité des données, l'ACP et la transformée en ondelettes ont été utilisées. Les résultats de cette étude ont montré que l'utilisation de l'imagerie stéréo peut proposer un outil bon marché et non destructif pour l'agriculture. Un avantage important de l'imagerie stéréo active est qu'elle est indépendante de la lumière et peut être utilisée pendant la nuit. Cependant, l'utilisation de la stéréo active pour le stade primaire de croissance fournit des résultats acceptables, mais après ce stade, le système sera incapable de détecter et de reconstruire toutes les feuilles et les parties de la plante. En utilisant l'ASI, les valeurs R2 de 0,978 et 0,967 ont été obtenues pour l'estimation de la surface foliaire et du périmètre, respectivement. Les résultats de la séparation des cultures et des mauvaises herbes à l'aide de données spectrales étaient très prometteurs et le classificateur, qui était basé sur un apprentissage en profondeur, pouvait complètement séparer le poivre des cinq autres mauvaises herbes
During the growth of plants, monitoring them brings much benefits to the producers. This monitoring includes the measurement of physical properties, counting plants leaves, detection of plants and separation of them from weeds. All these can be done different techniques, however, the techniques are favorable that are non-destructive because plant is a very sensitive creature that any manipulation can put disorder in its growth or lead to losing leaves or branches. Imaging techniques are of the best solutions for plants growth monitoring and geometric measurements. In this regard, in this project the use of stereo imaging and multispectral data was studied. Active and passive stereo imaging were employed for the estimation of physical properties and counting leaves and multispectral data was utilized for the separation of crop and weed. Bell pepper plant was used for imaging measurements for a period of 30 days and for crop/weed separation, the spectral responses of bell pepper and five weeds were measured. Nine physical properties of pepper leaves (i.e. main leaf diameters, leaf area, leaf perimeter etc.) were measured using a scanner and was used as a database and also for comparing the estimated values to the actual values. The stereo system consisted of two LogiTech cameras and a video projector. First the stereo system was calibrated using sample images of a standard checkerboard in different position and angles. The system was controlled using the computer for turning a light line on, recording videos of both cameras while light is being swept on the plant and then stopping the light. The frames were extracted and processed. The processing algorithm first filtered the images for removing noise and then thresholded the unwanted pixels of environment. Then, using the peak detection method of Center of Mass the main and central part of the light line was extracted. After, the images were rectified by using the calibration information. Then the correspondent pixels were detected and used for the 3D model development. The obtained point cloud was transformed to a meshed surface and used for physical properties measurement. Passive stereo imaging was used for leaf detection and counting. For passive stereo matching six different matching algorithms and three cost functions were used and compared. For spectral responses of plants, they were freshly moved to the laboratory, leaves were detached from the plants and placed on a blur dark background. Type A lights were used for illumination and the spectral measurements were carried out using a spectroradiometer from 380 nm to 1000 nm. To reduce the dimensionality of the data, PCA and wavelet transform were used. Results of this study showed that the use of stereo imaging can propose a cheap and non-destructive tool for agriculture. An important advantage of active stereo imaging is that it is light-independent and can be used during the night. However, the use of active stereo for the primary stage of growth provides acceptable results but after that stage, the system will be unable to detect and reconstruct all leaves and plant's parts. Using ASI the R2 values of 0.978 and 0.967 were obtained for the estimation leaf area and perimeter, respectively. The results of separation of crop and weeds using spectral data were very promising and the classifier—which was based on deep learning—could completely separate pepper from other five weeds

Cette thèse traite du développement de nouveaux algorithmes de formation d'image SAR dédiés à la détection de cible sous couvert forestier. Pour cette application, l'imagerie SAR classique produit des images fortement bruitées dans lesquelles la cible a une réponse faible et les interférences, principalement les trocs des arbres, provoquent de nombreuses fausses alarmes. Pour pouvoir augmenter la détection de la cible et réduire les interférences, nous reconsidérons le principe de formation d'image SAR en utilisant des modèles qui prennent en compte les priorités de diffusion de la cible et des interférences. Ces modèles sont développés pour des signaux en simple polarisation et en double polarisation (HH et VV) et sont définis par des sous-espaces de rangs faibles générés à partir des réponses d'éléments canoniques. A partir de ces modélisations, nous développons de nouveaux algorithmes d'imagerie SAR. Nous nous concentrons d'abord sur la détection de la cible puis sur la réduction des interférences. Les performances de ces algorithmes en termes de détection et de réductions des fausses alarmes sont évaluées sur des données simulées mais réalistes et nous insistons l'apport de l'information polarimétrique pour l'amélioration de celles-ci. Nous appliquons également nous algorithmes sur des données réelles qui nous permettent d'analyser les images obtenues dans un cadre réel
This thesis deals with the development of new SAR processors for detection of targats under foliage. For this application, classical SAR images are very noisy; the target has a low response and there are a lot of false alarms due to the interferences which are mainly the trunks of the forest. To detect target and reduce interferences, we reconsider the way processing a SAR image by using models which take into account the scattering properties of the target and the interferences. These models are developed for signals in sigle polarisation and in double polarisation (HH and VV) and are defined with low-rank subspaces generated from the responses of canonical elements. From this modeling, we develop new SAR processors. First, we focus on the detection of the target and on the reduction of false alarms. The performances of these processors in terms of detection and false alarms reduction are evaluated with realistic simulated data and we emphasize on the interest of using a polimetric information. We also apply these algorithms to real data that allows us to analyze the images in real-life context

Dans ce rapport, un modèle électromagnétique dédié à l’analyse de la diffraction de cibles métalliques placées en milieux forestiers est développé. Le modèle est basé sur une formulation hybride (surface/volume) de la méthode des moments. Le modèle est d’abord développé pour traiter le cas d’une cible métallique placée en espace libre en se basant sur la formulation surfacique de l’équation intégrale du champ électrique. Ensuite, le modèle est modifié afin de prendre en compte la présence du sol en se basant sur la méthode des images couplée aux coefficients de réflexion de Fresnel. Enfin, le code obtenu est couplé à un modèle précédemment développé au laboratoire permettant d’analyser de larges zones forestières. Ce modèle est basé sur la formulation volumique de l’équation intégrale du champ électrique couplée à la méthode CBFM (Characteristics Basis Functions Method). Le code final obtenu permet de traiter le cas d’une cible métallique placée dans une large zone forestière. Le modèle réalisé est implémenté sous MATLAB et Fortran afin de comparer ses résultats avec ceux donnés par le logiciel commercial FEKO. Les résultats sont comparés pour plusieurs cas de figure: espace libre, avec sol et scène complexe. De plus, le code est utilisé afin de mettre en évidence les différents paramètres qui rentrent en jeu dans le mécanisme de diffraction. Enfin, une validation expérimentale réalisée en collaboration avec CCRM (Centre Commun de Ressources en Micro-ondes de Marseille) est présenté. Une mesure du champ diffractée est réalisée sur des maquettes à échelle réduite (1/25) et les résultats obtenus sont comparés avec ceux donnés par notre modèle
In this report, a model for the analysis of the scattering of metallic target placed in forested area is presented. The developed model is based on a hybrid (surface/volume) formulation of the method of moments. First, a model based on the surface formulation of the electric field integral equation is developed for the case of a metallic target placed in free space. The model is then modified in order to take into account the presence of a ground by using a complex image method coupled with the Fresnel reflection coefficients. Finally, the obtained code is coupled with a model treating the case of large forest areas that was previously developed in the laboratory. This model is based on a volume formulation of the electric field integral equation coupled with the Characteristics Basis Functions Method. The final hybrid model treats the case of metallic object placed in a large forested area. The model is then implemented on MATLAB and Fortran in order to compare its results with those of the commercial software FEKO. The results were compared different cases: free space, above ground and inside a forested area. The code was also used in order to different parameters affecting the diffraction mechanism. Finally, a numerical validation conducted in collaboration with CCRM (Centre Commun de Ressources en Micro-ondes de Marseille) is presented. A measurement complain of the diffracted field was achieve on scaled models (1/25) and the measurements were compared with the results given by the developed model

La région sahélienne est devenue l'archétype de la désertification et de la dégradation des terres depuis les grandes sécheresses qui l'ont ravagée dans les années 70 et 80. Cependant, la relative reprise des précipitations depuis le milieu des années 90 et l'observation subséquente d'un « reverdissement» du Sahel à partir d'indices de végétation extraits grâce au développement de la Télédétection Spatiale ont contribué à nuancer la thèse de l'avancée irréversible de la désertification. Le lien entre ces indices et la dégradation des terres demeure néanmoins très complexe et les conclusions tirées de leur analyse sont parfois contradictoires. En effet, les profondes mutations du paysage inhérentes à la croissance démographique ou la grande variabilité climatique sont autant de facteurs qui rendent délicat tout diagnostic définitif. La forte interdépendance des échelles spatiales et temporelles de la dégradation des terres au Sahel nous conduit à proposer une analyse multiscalaire, avec l'objectif initial de comprendre la situation actuelle et d'établir la méthode la mieux adaptée au suivi de ce phénomène à l'échelle régionale. Cette analyse est réalisée pour l'ensemble de la région sahélienne durant la période 1982-2011 à partir de l'indice de végétation NDVI GIMMS-3g et des produits de précipitations. Elle est ensuite transposée au sud-ouest nigérien, où l'évolution du couvert végétal est étudiée à partir du NDVI MODIS ainsi que des photographies aériennes et satellitaires des dernières décennies
The Sahel region has become the archetype of desertification and land degradation since the important droughts that took place during the 70s and 80s. However, the rainfall recovery since the middle of the 90s and the re-greening trend observed from remoting sensed vegetation indexes has challenged the view of an advancing desertification in the Sahel. Nevertheless, the relation between these indexes and land degradation is very complex and the conclusions made are sometimes contradictory. In fact, the high climate variability and the important landscape mutations, due to demographic growth, make of land degradation assessment a difficult task in this region. The strong interdependency between temporal and spatial scales of land degradation, led to carry out a multi-scalar analysis to understand; what is the actual situation of the Sahel concerning land degradation, and what is the most effective way to assess this phenomenon at a regional scale. This analysis has been done for the entire Sahel region during the period 1982-2011using the NDVI GIMMS-3g vegetation index and rainfall products. It has been later transposed to south-west Niger using the NDVI MODIS index and aerial and satellite photographs of the last decades

Le besoin d'appareils compacts et autonomes dédiés à la détection d'espèces chimiques pour des analyses de terrain est d'actualité dans un contexte international en rapide mutation (agroalimentaire, développement durable, sécurité, etc.). La thèse présentée au sein de ce manuscrit, financée par la Délégation Générale de l'Armement, développe de nouvelles solutions de capteurs résonants à ondes élastiques de volume à modes harmoniques élevés (HBARs) pour la détection de gaz et plus particulièrement de composés explosifs. Ces résonateurs de très haute compacité se composent d'un transducteur reporté ou déposé sur une cavité résonante multimode, produisant un spectre de raies modulant sa propre réponse fréquentielle. De nature dipolaire, ces résonateurs permettent toutefois la mise au point de quadripôles par couplage latéral de modes mis à profit dans nos travaux. L'étude théorique du comportement de résonateurs à base de niobate de lithium aminci et reporté sur quartz ou fondés sur un empilement de nitrure d'aluminium et de silicium a permis de déterminer les propriétés gravimétriques spécifiques de chaque combinaison de matériaux et des modes associés. Des méthodes de calibrage en phase liquide et gazeuse sont proposées pour valider l'analyse théorique et permettre le choix de la structure la mieux adaptée à une configuration expérimentale donnée. Les résultats obtenus, comparés à ceux d'une microbalance à ondes guidées sur quartz, mettent en évidence les forces (compacité, cinétique chimique réduite, nature multi-physique des mesures) et faiblesses (sensibilité gravimétrique imposant des structures d'épaisseur inférieure à 100 μm) de notre solution face à cette référence. Nous avons également développé une électronique de traitement en boucle ouverte des informations issues de nos dispositifs, permettant des modes de détection rapide ou de haute précision (quelques milli-degrés de variation de phase). L'électronique dédiée a pour vocation de fournir la flexibilité nécessire au suivi de nombreux modes à diverses fréquences fixes et de s'affranchir des temps longs de balayage en fréquence des analyseurs de réseaux généralistes. Une version à 8 voies permet enfin la manipulation de plusieurs capteurs ou l'étude en parallèle des modes de 2 HBARs, donnant ainsi lieu à un système multi-physique efficace associé à des capteurs capables de sonder plusieurs grandeurs dans un volume de très petite dimension (quelques mm3 ).La limite de détection est déterminée par le bruit de phase de l'oscillateur local. Le système ainsi réalisé est exploité pour la détection de gaz mais aussi pour le pilotage de grandeurs physiques telles que la température ou la viscosité (milieux aqueux) dans différents contextes expérimentaux.

Le besoin d’appareils compacts et autonomes dédiés à la détection d’espèces chimiques pour des analyses de terrain est d’actualité dans un contexte international en rapide mutation (agroalimentaire, développement durable, sécurité, etc.). La thèse présentée au sein de ce manuscrit, financée par la Délégation Générale de l’Armement, développe de nouvelles solutions de capteurs résonants à ondes élastiques de volume à modes harmoniques élevés (HBARs) pour la détection de gaz et plus particulièrement de composés explosifs. Ces résonateurs de très haute compacité se composent d’un transducteur reporté ou déposé sur une cavité résonante multimode, produisant un spectre de raies modulant sa propre réponse fréquentielle. De nature dipolaire, ces résonateurs permettent toutefois la mise au point de quadripôles par couplage latéral de modes mis à profit dans nos travaux. L’étude théorique du comportement de résonateurs à base de niobate de lithium aminci et reporté sur quartz ou fondés sur un empilement de nitrure d’aluminium et de silicium a permis de déterminer les propriétés gravimétriques spécifiques de chaque combinaison de matériaux et des modes associés. Des méthodes de calibrage en phase liquide et gazeuse sont proposées pour valider l’analyse théorique et permettre le choix de la structure la mieux adaptée à une configuration expérimentale donnée. Les résultats obtenus, comparés à ceux d’une microbalance à ondes guidées sur quartz, mettent en évidence les forces (compacité, cinétique chimique réduite, nature multi-physique des mesures) et faiblesses (sensibilité gravimétrique imposant des structures d’épaisseur inférieure à 100 μm) de notre solution face à cette référence. Nous avons également développé une électronique de traitement en boucle ouverte des informations issues de nos dispositifs, permettant des modes de détection rapide ou de haute précision (quelques milli-degrés de variation de phase). L’électronique dédiée a pour vocation de fournir la flexibilité nécessaire au suivi de nombreux modes à diverses fréquences fixes et de s’affranchir des temps longs de balayage en fréquence des analyseurs de réseaux généralistes. Une version à8 voies permet enfin la manipulation de plusieurs capteurs ou l’étude en parallèle des modes de 2 HBARs, donnant ainsi lieu à un système multi-physique efficace associé à des capteurs capables de sonder plusieurs grandeurs dans un volume de très petite dimension (quelques mm3). La limite de détection est déterminée par le bruit de phase de l’oscillateur local. Le système ainsi réalisé est exploité pour la détection de gaz mais aussi pour le pilotage de grandeurs physiques telles que la température ou la viscosité (milieux aqueux) dans différents contextes expérimentaux
The demand for compact and autonomous systems devoted to field detection of gaseous compounds is still persisting in arapidly changing international context (food-processing, sustainable development, security, and so on). The thesis reportedin this manuscript, supported by the Délégation Générale de l’Armement, develops new resonant sensor solutions basedon high overtone bulk acoustic waves (so-called HBARs) for chemical compound detection and more specifically explosivesubstances. These high compactness resonators are built using a transducer bound or deposited onto a resonant cavity,yielding a comb spectrum modulating its own frequency response. They are used generally as dipoles, but a quadrupolestructure allowing for transverse mode coupling has been particularly used for our developments. A theoretical study ofthe behaviour of these devices based on lithium niobate-on-quartz or qluminum nitride-on-silicon material stack has beenachieved to determine the gravimetric properties of these configurations accounting for their mode specificities. Variouscalibration techniques have been implemented to confirm the theoretical analysis and to define the most appropriate structurefor a given application. The produced results have been compared to those of a quartz guided-wave micro-balance toemphasize the strength (compactness, reduced chemical kinetics, multiphysics measurements) and weakness (gravimetricsensitivity requiring device thickness less than 100 μm) of our devices. An embedded signal processing electronics alsohas been developed to treat the information provided by our sensors, offering fast or accurate (millidegree range) detectionprotocols. The dedicated electronics aims at providing the flexibility needed to track multiple modes at variaous fixed frquencieswhile getting rid of the long sweep time of general purpose network analyzers. A eight-channel version of thissystem has been set to process several sensor in parallel or to monitor several modes of two HBAR sensors for effectivemuti-physics measurements in a reduced analysis domain (a few cubic mm). Phase noise is the limiting factor determiningthe detection limit. The system has been deployed for gas detection as well as for monitoring other physical parameters suchas temperature or viscosity under various experimental condition including fluid media

La recherche de biomarqueurs pour le dépistage, le diagnostique ou le traitement de maladie requiert le développement de dispositifs hautement sensibles alliant un faible coût d’analyse, un faible encombrement et une réponse rapide. Dans ce cadre, nous développons un biocapteur acoustique utilisant des ondes de volume pour permettre la détection d’analyte particulière dans un milieu biologique complexe. La géométrie retenue est une membrane résonante à excitation et détection piézoélectriques intégrées vibrant sur un mode de cisaillement d’épaisseur généré par un champ latéral. Le transducteur utilise les propriétés particulières de l’arséniure de gallium pour assurer une détection sensible et sélective, aussi bien grâce à ses propriétés piézoélectriques que ses possibilités de microfabrication ou de biofonctionnalisation. Dans un premier temps, nous avons dimensionné le dispositif et modélisé son comportement. Une sensibilité à un ajout de masse a pu être estimée à environ 0.1 ng.Hz-1. Nous avons ensuite envisagé la microfabrication du capteur en utilisant uniquement des techniques de microfabrication à faible coût (gravure humide et photolithogravure). Ceci a permis d’obtenir des membranes épaisses (50 μm) de géométrie et d’état de surface maitrisés. Nous avons ensuite envisagé la réalisation de la biointerface grâce au développement d’une interface chimique spécifique permettant d’immobiliser covalemment une monocouche dense de protéine à la surface du GaAs. Cette monocouche a été caractérisée par une analyse originale couplant la microscopie à force atomique (AFM) et la spectrométrie de masse MALDI-TOF. Enfin, les interfaces fluidiques et électriques ont été mises au point et ont permis de tester le dispositif par une mesure d’impédance
The biomarkers detection for screening, diagnosis or treatment of disease requires the development of highly sensitive devices combining low cost of analysis, a small size and quick responses. In this context, we develop a biosensor using bulk acoustic wave to allow the detection of specific analyte in a complex biological medium. The geometry used is a piezoelectric resonant membrane using shear mode vibration excited by lateral field. The transducer uses the specific properties of gallium arsenide to provide a highly sensitive and selective detection thanks to its piezoelectric properties and also its microfabrication or biofonctionnalisation facilities. First, we dimensioned the device and modeled it behavior. A sensitivity to adding mass has been estimated at 0.1 ng.Hz-1. Then, we considered the sensor microfabrication using only low cost process (photolithography and wet etching). Through these processes, we obtained well formed thick membranes (50μm) with specific surface properties and microstructuration. Next, we realize the biointerface through the development of a specific chemical interface in order to immobilize a dense protein monolayer covalently attached to the GaAs surface. This monolayer was characterized by an original analysis coupling the atomic force microscopy and the mass spectroscopy MALDI-TOF. Finally, fluid and electrical interfaces have been developed and we tested the device by impedance measurements

L'interprétation des données radar relatives aux milieux naturels peut être grandement facilitée par la simulation partielle mais fine des interactions des ondes électromagnétiques avec ces milieux. Au cours de ce travail de thèse, nous avons adapté certains aspects de la méthode des différences finies en temporel au calcul de la diffraction électromagnétique par les sols, parmi lesquels l'introduction du champ accident, les conditions limites absorbantes et le calcul du champ lointain. Des codes ont été développés et validés en géométrie bi-dimensionnelle et tridimensionnelle. Nous avons également ouvert des perspectives sur une méthode multidomaines en temporel. L'objectif des outils de calcul réalisés est la simulation, dans les domaines temporels et fréquentiels, de la diffraction par les sols avec irrégularités de surface, hétérogénéité de volume et éventuellement présence de cibles. Ces aspects ont été introduits graduellement, d'abord par l'étude de sols rugueux homogènes, puis en prenant en compte l'hétérogénéité de volume liée à l'humidité et à la compacité, et enfin la présence d'objets enfouis. Ces différentes étapes ont permis d'étudier des problèmes variés pouvant difficilement trouver une réponse sans utiliser des méthodes numériques. En particulier, nous nous sommes intéressés à la pertinence de modèles de représentation des sols en surface vis à vis du coefficient de retrodiffusion, à l'influence des effets de volume sur la cohérence interférométrique et les réponses impulsionnelles, et à la caractérisation de cibles génériques.

Les Moments ont été largement utilisés dans la reconnaissance de formes et dans le traitement d'image. Dans cette thèse, nous concentrons notre attention sur les 3D moments orthogonaux de Gauss-Hermite, les moments invariants 2D et 3D de Gauss-Hermite, l'algorithme rapide de l'attribut de cohérence et les applications de l'interprétation sismique en utilisant la méthode des moments.Nous étudions les méthodes de suivi automatique d'horizon sismique à partir de moments de Gauss-Hermite en cas de 1D et de 3D. Nous introduisons une approche basée sur une étude multi-échelle des moments invariants. Les résultats expérimentaux montrent que la méthode des moments 3D de Gauss-Hermite est plus performante que les autres algorithmes populaires.Nous avons également abordé l'analyse des faciès sismiques basée sur les caractéristiques du vecteur à partir des moments 3D de Gauss -Hermite, et la méthode de Cartes Auto-organisatrices avec techniques de visualisation de données. L'excellent résultat de l'analyse des faciès montre que l'environnement intégré donne une meilleure performance dans l'interprétation de la structure des clusters.Enfin, nous introduisons le traitement parallèle et la visualisation de volume. En profitant des nouvelles performances par les technologies multi-threading et multi-cœurs dans le traitement et l'interprétation de données sismiques, nous calculons efficacement des attributs sismiques et nous suivons l'horizon. Nous discutons également l'algorithme de rendu de volume basé sur le moteur Open-Scene-Graph qui permet de mieux comprendre la structure de données sismiques.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une cotutelle internationale entre l’institut FEMTO-ST à Besançon en France et l’université de Sherbrooke au Canada. Elle porte sur l’élaboration d’un biocapteur, potentiellement à bas coût, pour la détection de pathogènes dans les secteurs de l’agroalimentaire, de l’environnement et de la biosécurité. Le modèle biologique visé est la bactérie Escherichia coli, dont les souches pathogènes sont responsables, chaque année et partout dans le monde, de plusieurs crises sanitaires liées à une mauvaise gestion des produits de consommation ou des installations de conditionnement ou de traitements de ces produits. L’utilisation de biocapteurs pour une détection rapide, sensible et sélective d’organismes pathogènes répond ainsi aux inquiétudes quant aux risques d’infection pour la population. La structure du capteur consiste en une fine membrane en arséniure de gallium (GaAs) vibrant sur des modes de cisaillement d’épaisseur générés par champ électrique latéral via les propriétés piézoélectriques du matériau. Nous montrons dans ce travail que le biocapteur offre également des possibilités de microfabrication, de biofonctionnalisation et de régénération intéressantes pour la conception d’un dispositif à bas coût. Le transducteur a été réalisé via des technologies de microfabrication utilisées en salle blanche avec une mise en parallèle des méthodes d’usinage par voie chimique et par plasma, l’objectif étant d’obtenir des membranes minces, planes et avec un état de surface de haute qualité. Une interface fluidique a été mise au point de façon à approvisionner de manière homogène le capteur en fluide. Par ailleurs, nos études se sont portées sur la fonctionnalisation biochimique de l’interface de bioreconnaissance sur l’arséniure de gallium et sa caractérisation fine par les techniques de spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Les résultats de cette étude ont permis de progresser sur la compréhension fondamentale du phénomène d’auto-assemblage de molécules sur GaAs. Un effort particulier a été mis en œuvre pour développer des biointerfaces de haute densité offrant une immobilisation optimale des immunorécepteurs biologiques. Parmi les différentes méthodes de régénération de la biointerface, le procédé de photo-oxydation UV en milieu liquide a démontré un fort potentiel pour des applications de capteurs réutilisables. Enfin, le transducteur a été caractérisé électriquement sous différents environnements. L’impact sur la réponse du résonateur des paramètres électriques, mécaniques et thermiques de ces milieux a été évalué afin de simuler le comportement du dispositif en condition réelle.
Abstract : This PhD thesis was realized in the context of a cotutelle program between FEMTO-ST institute in France and the University of Sherbrooke in Canada. The thesis addresses the development of a potentially low cost sensor dedicated for detection of pathogens in food industry processing, environment and biosafety sectors. Such a sensor could serve detection of Escherichia coli bacteria whose pathogenic strains are the source of foodborne illnesses encountered worldwide every year. Hence, biosensor devices are needed for a rapid, sensitive and selective detection of pathogens to avert, as soon as possible, any sources of contamination and prevent outbreak risks. The design of the sensor consists of a resonant membrane fabricated in gallium arsenide (GaAs) crystal that operates at shear modes of bulk acoustic waves generated by lateral field excitation. In addition to the attractive piezoelectric properties, as shown in this work, fabrication of a GaAs-based biosensor benefits from a well-developed technology of microfabrication of GaAs, as well as biofunctionalization and the possibility of regeneration that should result in cost savings of used devices. The transducer element was fabricated by using typical clean room microfabrication techniques. Plasma and wet etching were investigated and compared for achieving thin membranes with high quality surface morphology. At the same time, we designed and fabricated fluidic elements that allowed the construction of a flow cell chamber integrated in the sensor. Extensive research was carried out with a Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) diagnostic tool to determine optimum conditions for biofunctionalization of the GaAs surface. This activity allowed to advance the fundamental knowledge of self-assembly formation and, consequently, fabrication of high density biointerfaces for efficient immobilization of selected bioreceptors. Among different biochip regeneration methods, it has been demonstrated that liquid UV photooxidation (liquid-UVPO) has a great potential to deliver attractive surfaces for re-usable biochips. Finally, operation of the transducer device was evaluated in air environment and in various liquid media, simulating real conditions for detection.

Les données SAR en bande C de Sentinel-1 et les images multispectrales de Sentinel-2 à courte période de revisite offrent un grand potentiel pour améliorer le suivi en continu d'activités à la surface de la Terre. Le suivi de changements à grande échelle exige une longue période d'observation - plusieurs mois à un an pour caractériser les transformations urbaines - et de fréquentes revisites pour assurer une résolution temporelle adéquate. Le volume de données qui en résulte est donc impressionnant et des données prétraitées, c.à.d. des images étalonnées, corrigées géométriquement, géocodées, sont nécessaires pour rendre le problème abordable en un temps raisonnable. Comparés aux instruments optiques, les capteurs SAR peuvent observer la surface de la Terre dans toutes les conditions météorologiques et peuvent fournir des informations utiles sur les zones urbaines, compte tenu de leur sensibilité aux caractéristiques géométriques des structures urbaines. Les attributs SAR forment le jeu de données pour la première étape de la chaîne de traitement proposée pour la détection multitemporelle de bâtiments. Les caractéristiques complémentaires des images multispectrales Sentinel-2 sur la même zone peuvent alors être exploitées pour estimer l'étendue de la transformation urbaine détectée précédemment par les capteurs SAR.