Academic literature on the topic 'Écosystèmes – Télédétection'

L'étude de la biodiversité des écosystèmes et de leur dynamique est un enjeu majeur de notre siècle de transition climatique.Pour cela, il est nécessaire de réaliser un suivi précis de l'évolution des populations, basé sur une cartographierégulière et à haute résolution pour recueillir des informations à l'échelle des individus étudiés. Dans cet article, on s'intéresseau potentiel de la télédétection basse altitude utilisant un prototype de micro-drone avec une charge cartographiquedédiée développés au laboratoire. Les retours d'expérience sur un site d'étude classé en zone Natura 2000 montrent unpotentiel très utile pour les gestionnaires de la réserve, tant du point de vue de l'exploitation des données brutes que desnuages de points 3D générés à partir de celles-ci.

Durant ces dernières décennies, l'imagerie par télédétection aéroportée des milieux urbains reste un enjeu scientifique majeur. L'arrivée d'une nouvelle génération de caméras aéroportées permettant d'effectuer des acquisitions à très haute résolution spatiale et possédant un meilleur rapport signal sur bruit ouvre de nouvelles perspectives pour extraire l'information de ces environnements. En effet, la principale limitation de la plupart des méthodes de traitement des images dans ces milieux est due à la grande variété des matériaux qui les compose et à la géométrie dense et complexe qui les caractérise et peut induire de larges zones d'ombre. La campagne (UMBRA) a pour but d'acquérir un nouveau jeu de données de référence représentatif de deux villes françaises distinctes en vue de développer de nouvelles méthodes de correction atmosphérique au soleil et à l'ombre, de concevoir de futures caméras superspectrales dédiées à des applications de télédétection urbaine, et d'étudier des applications pour ``ré-éclairer'' des scènes à partir d'images urbaines terrestres. Ce papier détaille cette campagne ainsi que les prétraitements qui ont été effectués sur les différentes données acquises. De premiers résultats sont également présentés.

L’étalement urbain constitue un des problèmes majeurs que connaissant les oasis du Bas-Sahara algérien. Le suivi et la compréhension de son évolution spatiale demeurent une étape essentielle dans toute démarche de développement soutenable de la ville oasienne. Les autorités locales ne disposent pas d’outils appropriés, susceptibles d’être mis à jour régulièrement, pour leur permettre d’agir efficacement en matière de planification et d’aménagement spatial. La télédétection spatiale et les Systèmes d’Information Géographique (SIG) offrent des opportunités permettant de surmonter ces difficultés. La présente étude consiste en l’application d’une technique de détection du changement pour cartographier et quantifier l’étalement spatiotemporel de la ville de Biskra (Algérie) durant la période 1985 - 2000, en utilisant des images Landsat des années 1985, 2000 et 2015. La comparaison post-classification des cartes d’occupation du sol a révélé une croissance des surfaces bâties, allant jusqu’au-delà des limites communales en conurbation avec l’agglomération de Chetma, au détriment d’un recul progressif de la palmeraie. Cette dernière a subi un processus de morcellement et de mitage par le bâti, conduisant à la perte de l’identité oasienne de la ville. L’objectif de la présente étude est de mettre en évidence le processus de l’étalement urbain et les modifications d’occupation du sol qu’il engendre. Elle montre l’importance des méthodes de détection du changement pour la compréhension des formes d’urbanisation et l’évaluation de leurs impacts sur les écosystèmes oasiens. Mots clés : Étalement urbain, ville oasienne, télédétection spatiale, SIG, détection du changement.

Description du sujet. Les plantes envahissantes constituent une menace majeure pour les habitats naturels, l'agriculture et la santé dans le monde. Les utilisations du sol sont connues comme étant liées aux invasions végétales. Malgré les mutations d’occupation du sol très rapides et particulièrement autour des aires protégées au Togo, la diversité et l’abondance des plantes envahissantes en lien avec les utilisations du sol sont très peu documentées. Cette étude, par une analyse systémique et la télédétection, se propose d’investiguer le lien entre les utilisations du sol et la diversité des plantes envahissantes dominantes dans et autour de l’Aire Protégée Togodo au sud-est du Togo. Objectifs. Cette étude poursuit trois objectifs : réaliser une cartographie de l’occupation du sol de la zone d’étude, recenser les principaux éléments paysagers dans et autour de l’Aire Protégée Togodo et leurs moteurs de changement, et inventorier la diversité des plantes envahissantes dominantes dans ces différents éléments paysagers. Méthode. Une cartographie de l’occupation des sols par approche orientée objet, une typologie des éléments paysagers par une analyse systémique et un inventaire des plantes envahissantes dominantes suivant des transects ont été réalisés. Résultats. Les pratiques agricoles sont les principaux moteurs des utilisations du sol sur le site. Trente espèces de plantes envahissantes ont été recensées. Il ressort que les jachères sont les plus dominées par les plantes envahissantes. Conclusions. L’analyse systémique paysagère et la télédétection constituent des outils opérationnels pour une meilleure compréhension de la problématique des plantes envahissantes dans les écosystèmes anthropisés des savanes et forêts sèches de l’Afrique de l’Ouest.

À l’échelle mondiale, les écosystèmes aquatiques en milieu continental sont soumis à une augmentation de l’intensité et de la durée des blooms ou efflorescences de cyanobactéries, probablement causées par le réchauffement climatique et l’augmentation des activités anthropiques dans les bassins versants. Dans les bassins de rétention d’eaux pluviales de Saint-Quentin-en-Yvelines, les efflorescences de cyanobactéries (notamment en conditions estivales) génèrent une pollution visuelle, olfactive et toxique, qui peuvent potentiellement représenter un risque de santé publique. Usuellement, le suivi de la présence de ces bactéries nocives nécessite la mise en place de mesures in situ, qui peuvent être contraignantes en termes logistique et financier pour les gestionnaires de ces plans d’eau. La méthodologie proposée ici consiste à utiliser les données issues des observations satellitaires de la Terre afin d’évaluer la présence quantitative et spatiale des cyanobactéries dans les plans d’eau et, à terme, d’anticiper leur apparition pour en améliorer la gestion. Le sujet exposé présente un retour d’expérience opérationnel pour les gestionnaires de plans d’eau devant combattre les problèmes d’eutrophisation, qui sont souvent confrontés à la difficulté de mesures in situ et surtout à la difficulté d’anticiper l’apparition des efflorescences de cyanobactéries.

Les activités humaines en forêt humide tropicale sont à l'origine de perturbations et de dégradations du fait de leur mitage du couvert forestier. Des capacités permettant de mesurer l'étendue des dégâts sont indispensables au calcul des émissions de carbone dans le cadre des programmes Redd+ (Réduction des émissions dues à la déforestation et la dégradation des forêts). La télédétection est un outil puissant pour le recueil de ce type d'information (concernant, par exemple, l'exploitation forestière ou minière ou les projets d'infrastructure). Différentes techniques sont mises en ¿uvre pour identifier et quantifier l'ouverture du couvert forestier. Il s'agit ici de les compléter en comparant l'ouverture passée et actuelle du couvert forestier afin de documenter le renouvellement des écosystèmes suite aux opérations d'exploitation forestière. Cet article présente une approche mettant en ¿uvre une chaîne de traitement semi-automatisée adaptée à l'imagerie Landsat. En post-traitement, l'information portant sur l'ouverture de la canopée est extraite à l'aide d'algorithmes spécifiques. Un index spatial, calibré sur des données radiométriques à basse résolution, indique les taux d'ouverture passés et actuels. Ce procédé fournit des estimations de la dégradation forestière permettant de décrire les données de télédétection à basse résolution (issues de Modis, par exemple) utilisées pour la cartographie terrestre. Ces estimations sont alors croisées avec des cartes de couverture terrestre afin de distinguer des catégories forestières actuelles. Cet outil a été développé dans le cadre du projet CoForChange, dont l'objectif global est de prévoir l'évolution du couvert forestier et de la distribution des essences dans le Bassin du Congo liée aux changements globaux, et de développer des outils d'aide à la décision. Cet article présente un exemple en grandeur et en temps réels, situé dans la forêt humide aux frontières de la République centrafriquaine, de la République du Congo et du Cameroun, analysé année par année à l'aide de trente années d'archives Landsat.

La dégradation des écosystèmes dans les aires protégées de l’Afrique de l’Ouest est un phénomène réel et entrainant un déséquilibre écologique. Dans ce contexte, les aires protégées du Niger ne sont pas épargnées de cette dégradation, particulièrement la Réserve de Biosphère de Gadabédji. Cette dernière est sous la pression anthropique qui modifie la configuration des écosystèmes naturels. La présente étude a été conduite dans la Réserve de Biosphère de Gadabédji et a pour objectif principal de contribuer à la compréhension sur l’évolution des écosystèmes de la Réserve à l’aide des images satellitaires des années 1990, 2013 et 2022. La démarche méthodologique utilisée est basée sur le Système d’Information Géographique et de la Télédétection. L’algorithme de maximum de vraisemblance a été appliqué lors de la classification supervisée. Il ressort de cette étude, six classes d’occupation des sols qui ont été identifiées à savoir les classes de Steppe arborée, Steppe arbustive, Steppe herbeuse, Sol nu, Zone brulée et Mare. La détection des changements a révélé 26 transitions des classes entre 1990 et 2013 dont la transition de Steppe arbustive vers Steppe herbeuse est la plus représentée. De 2013 à 2022, 27 transitions ont été identifiées, la plus importante est celle de Steppe herbeuse vers Steppe herbeuse. Ces résultats pourraient servir aux décideurs pour une gestion durable des ressources naturelles. The degradation of ecosystems in West Africa's protected areas is a real phenomenon that leads to an ecological imbalance. In this context, Niger's protected areas are not spared from this degradation, particularly the Gadabédji Biosphere Reserve. The latter is under anthropogenic pressure that modifies the configuration of natural ecosystems. The present study was conducted in the Gadabédji Biosphere Reserve and has the main objective of contributing to the understanding of the evolution of the ecosystems of the Reserve using satellite images from the years 1990, 2013 and 2022. The methodological approach used is based on the Geographic Information System and Remote Sensing. The maximum likelihood algorithm was applied during the supervised classification. The study shows that six land cover classes have been identified, namely the classes of Tree Steppe, Shrub Steppe, Grassy Steppe, Bare Ground, Burned Area and Pond. The detection of changes revealed 26 class transitions between 1990 and 2013, of which the transition from Shrubby to Grassy Steppe is the most represented. From 2013 to 2022, 27 transitions were identified, the most important being from Grassy Steppe to Grassy Steppe. These results could be used by decision-makers for the sustainable management of natural resources.

La présente étude, réalisée dans le paysage du socle éburnéen au Togo, vise à contribuer à une meilleure conservation des habitats naturels résilients aux effets néfastes du changement climatique. De déterminer la répartition des formations à épineux sur le socle éburnéen ; Caractériser l’écologie des formations à épineux du socle éburnéen. L’approche méthodologique basée sur l’analyse multicritère couplée aux évaluations physiques sur, a confirmé l’importance des outils SIG-télédétection dans la cartographie des habitats des formations à épineux. Elle a permis de visualiser les habitats potentiels des formations végétales à épineux. Les analyses des données révèlent que 13349,147 ha (10,54%), 67461,744 ha (53,28%), et 45805,298 ha (36,17%) correspondent respectivement aux habitats très favorables, favorables et peu favorables à la conservation et à la restauration écologique des écosystèmes à dominance épineux. La corrélation R2 (0,69) entre données d’observations spatiales et données de vérifications sur site est supérieure à 0,5. Un total de 49 espèces ligneuses réparties en 41 genres et 21 familles sont recensées suivant les trois habitats suite à un échantillonnage aléatoire dans 35 relevés de 1 ha par relevé. La gestion des formations à épineux peut être étendue par la promotion de l’agroforesterie qui constitue un bon compromis entre l’agriculture et le terroir dans un contexte de nécessité de la gestion efficace des formations et des sols.

Dans la région d’El Kala (extrême Nord-Est algérien), Acacia mearnsii De Wild. a été introduit lors des reboisements de 1970, en mélange à 20 % avec l'eucalyptus. Or, depuis quelques décennies, il est constaté un développement de taches d’invasion par cette espèce australienne dans cette même contrée du pays. L’utilisation d’outils tels qu’un système d'information géographique (SIG), avec des informations spatiales à jour, est nécessaire pour mieux comprendre l'invasion et identifier les écosystèmes potentiels à haut risque. Ainsi, le présent travail a été orienté vers la cartographie afin de procéder à l’étude de la répartition de l’invasion de cette espèce. Deux approches ont été adoptées, la première faisant appel aux données collectées sur le terrain et la seconde aux techniques de télédétection, en appliquant la méthode de classification supervisée sur une image Landsat 8. Les résultats obtenus par les deux méthodes montrent que la superficie envahie avoisine les 3 200 ha, répartis en quatre sites. La quasi-totalité de la surface envahie est occupée par l’eucalyptaie et la suberaie (respectivement 65,0 % et 17,9 % de la superficie totale). La classification de l’image satellite n’a permis de détecter que les paysages fortement envahis, tandis que la méthode des relevés effectués sur le terrain a permis de cartographier sa répartition totale. Toutefois, la superposition des deux cartes montre qu’elles sont majoritairement identiques (0,90 ≤ R ≤ 1). Pour conclure, l’utilisation des données spatialisées, couplées à des données ponctuelles (relevés de terrain), a permis, d’une part, de réduire les contraintes liées à la résolution de l’image Landsat et, d’autre part, de montrer l’importance des méthodologies basées sur les travaux de terrain.

Le Sahel est manifestement le domaine géographique où tout effort d'aménagement et de développement est freiné par l'insuffisance voire l'absence de données cartographiques fiables sur les ressources naturelles. Aussi les plans et cartes traditionnels sur papier ou sur calque, répondent de moins en moins aux besoins d'aide à la gestion et à l'analyse spatiale. Dans l'optique de cette thèse, focalisée sur l'analyse des écosystèmes sahéliens, la méthodologie utilisée privilégie les nouvelles techniques de cartographie numérique : la télédétection satellitaire et les systèmes d'informations géographiques. Dans la première partie sont esquissés les principaux traits caractéristiques du domaine sahélien. L'accent est mis sur les facteurs écoclimatiques et leur impact sur quelques écosystèmes particuliers, assez représentatifs du Sahel (la brousse tigrée du Tagant-Mauritanie, la vallée du fleuve Sénégal et les mangroves de l'embouchure du Saloum-Sénégal). Les principes et méthodes de la télédétection y sont également évoqués, ainsi que l'intérêt de l'imagerie satellitaire dans le suivi et l'analyse de milieux sensibles et mal connus. La deuxième partie dégage la synergie entre la télédétection et les systèmes d'informations géographiques. Les apports de chaque technique sont mis en évidence, ainsi qu'une méthodologie d'intégration pour une meilleure approche cartographique d'écosystèmes dynamiques. La troisième partie démontre l'efficience d'un système d'information géographique intégrant des images satellitaires. Cette démarche est illustrée par un exemple d'application sur les mangroves de l'embouchure du Saloum. Enfin, l'étude aboutit à une série de recommandations et de propositions qui définissent les modalités de transfert et d'implantation de ces nouvelles techniques dans les pays sahéliens
The Sahel is manifestly the only geographical zone where all efforts aimed at harnessing and managing natural resources are hindered by the insufficiency, or more commonly. The lack, of reliable cartographie data. Moreover. Trational maps on paper increasingly fail to meet the meeds of spatial analysis and aid in planning. This thesis focusses ont the analysis of sahelian ecosystems, and employs a methodological design, based on new techniques of digital cartography, that combines remote data from satellites and geographical information systems. Part one of the thesis outlines the major geographical features of the Sahel zone. Emphasis is placed on the eco-climatic factors and their impact on specitfic ecosystems that are fairly representative of this zone - the "brousse tigrée" of the Tagant-Mauritania area, the Senegal valley and the mangroves of the Saloum river in Senegal. The principles and methods of remote sensing are also recalled, as well as the advantages of sattellite images in the monitoring and analysis of sensitive and poorly known environements. Part two deals with the synergy between remote sensing and geographical information systems. The advantages of each of these two techniques are highilighted, and the study proposes an integration methodology geared towards a better cartographic approach to dynamic ecosystems. Part three demonstrates the efficiency of a geographical information system incorporating satellite images. This procedure is illustrated with reference to the mangroves of the Saloum river mouth. The study finally proposes a series of recommendations and propositions that serve a framework for the transfer and application of these new techniques in the countries composing the Sahel

Le travail présenté est une réponse à divers problèmes posés en télédétection et en particulier dans l'application à l'étude des changements de la végétation dus à une cause externe. La première étude consiste à la création d'une carte de végétation en utilisant des méthodes de classification sur une image multispectrale. La deuxième étude aborde le sujet de l'application forestière des images satellitaires à très haute résolution. Les corrections géométriques et les méthodes d'extraction d'information thématique sont essentielles ici. La troisième étude porte sur l'analyse quantitative des changements causés par le construction d'un barrage au nord-ouest de la Hongrie. Une série d'images satellitales est utilisée dans ce but, ce qui nécessite le développement et le test de nouvelles méthodes. La minimisation de l'effet des défauts géométriques et de la variabilité radiométrique temporelle non attribuable aux changements réels de la végétation sont les éléments clés
Monitoring subtle changes over long time periods using numerous satellite images is a challenging task. In this thesis, possibilities and limitations of the available data and methods are presented through three case studies. In the first one, the objective is to create a digital vegetation map by using a multispectral satellite image. In the second study, forestry applications of novel very high resolution satellite images are examined. Geometric correction and special data extraction methods are of interest. The third case study aims at the quantification of the effects of a water diversion on local forested ecosystems in the north-western part of Hungary. Numerous satellite images are used to carry out quantitative change analysis. The long study period, the large number of images and the objectives of the study require the application and testing of several methods, and the elaboration of new methods, especially for geometric and radiometric corrections and data fusion

Dans un contexte de changement climatique, la surveillance des écosystèmes est une mission essentielle. En effet, cela permet de mieux comprendre les changements qui peuvent affecter les écosystèmes mais aussi de prendre des décisions en conséquence afin de préserver les générations actuelles et futures. Les cartes d'occupations du sol sont un outil indispensable en fournissant des informations sur les différents types de couverture physique de la surface de la Terre (e.g. forêts, prairies, terres agricoles). Actuellement, un nombre accru de missions satellites fournissent un volume important de données gratuites et librement accessibles. Les séries temporelles d'images satellites (SITS), dont celles de Sentinel-2, notamment grâce à leurs très hautes résolutions, informent sur la dynamique de la végétation. Des algorithmes d'apprentissage automatique permettent de produire de manière fréquente et régulière des cartes d'occupations du sol à partir de SITS. L'objectif de cette thèse est le développement d'algorithmes de classification supervisée pour la production de cartes d'occupations du sol à grande échelle. Dans un contexte opérationnel, quatre principaux défis se dégagent. Le premier concerne le volume important de données que les algorithmes doivent être capables de gérer. Le second est lié à la prise en compte des corrélations entre les variables spectro-temporelles et leur extraction pour la classification. Le troisième, quant à lui, correspond à la prise en compte de la variabilité spatiale: dans des zones géographiques étendues, la donnée n'est pas stationnaire. Enfin, le quatrième défi concerne l'utilisation de SITS irrégulièrement échantillonnées et non alignées, principalement du aux conditions météorologiques (e.g. nuages) ou à des dates d'acquisitions différentes entre deux orbites. Cette thèse est divisée en deux contributions principales. La première contribution concerne la mise en place de processus gaussiens stochastiques variationnels (SVGP) pour des SITS à grande échelle. Des millions d'échantillons peuvent être utilisés pour l'apprentissage, au lieu de quelques milliers pour les processus gaussiens (GP) traditionnels. Des combinaisons de fonctions de covariances ont été mis en place permettant notamment de prendre en compte l'information spatiale et d'être plus robuste vis à vis de la variabilité spatiale. Cependant, les SITS sont ré-échantillonnés linéairement indépendamment de la tâche de classification. La deuxième contribution concerne donc la mise en place d'un ré-échantillonnage optimisé pour la tâche de classification. Un interpolateur à noyau prenant en compte l'information spatiale permet de produire une représentation latente qui est donnée à notre SVGP. Les expérimentations ont été menées avec les SITS de Sentinel-2 pour l'ensemble de l'année 2018 sur une zone d'environ 200 000 km^2(environ 2 milliards de pixels) dans le sud de la France (27 tuiles MGRS). Ce dispositif expérimental est représentatif d'un cadre opérationnel. Les résultats obtenus montrent que les modèles issus des deux contributions sont plus performants que la méthode utilisée pour les systèmes opérationnels actuels (i.e. forêts d'arbres aléatoires avec des SITS linéairement ré-échantillonnées utilisant la stratification spatiale)
In the context of climate change, ecosystem monitoring is a crucial task. It allows to better understand the changes that affect them and also enables decision-making to preserve them for current and future generations. Land use and land cover (LULC) maps are an essential tool in ecosystem monitoring providing information on different types of physical cover of the Earth's surface (e.g. forests, grasslands, croplands). Nowadays, an increasing number of satellite missions generate huge amounts of free and open data. In particular, satellite image time series (SITS), such as the ones produced by Sentinel-2, offer high temporal, spectral and spatial resolutions and provide relevant information about vegetation dynamics. Combined with machine learning algorithms, they allow the production of frequent and accurate LULC maps. This thesis is focused on the development of pixel-based supervised classification algorithms for the production of LULC maps at large scale. Four main challenges arise in an operational context. Firstly, unprecedented amounts of data are available and the algorithms need to be adapted accordingly. Secondly, with the improvement in spatial, spectral and temporal resolutions, the algorithms should be able to take into account correlations between the spectro-temporal features to extract meaningful representations for the purpose of classification. Thirdly, in wide geographical coverage, the problem of non-stationarity of the data arises, therefore the algorithms should be able to take into account this spatial variability. Fourthly, because of the different satellite orbits or meteorological conditions, the acquisition times are irregular and unaligned between pixels, thus, the algorithms should be able to work with irregular and unaligned SITS. This work has been divided into two main parts. The first PhD contribution is the development of stochastic variational Gaussian Processes (SVGP) on massive data sets. The proposed Gaussian Processes (GP) model can be trained with millions of samples, compared to few thousands for traditional GP methods. The spatial and spectro-temporal structure of the data is taken into account thanks to the inclusion of the spatial information in bespoke composite covariance functions. Besides, this development enables to take into account the spatial information and thus to be robust to the spatial variability of the data. However, the time series are linearly resampled independently from the classification. Therefore, the second PhD contribution is the development of an end-to-end learning by combining a time and space informed kernel interpolator with the previous SVGP classifier. The interpolator embeds irregular and unaligned SITS onto a fixed and reduced size latent representation. The obtained latent representation is given to the SVGP classifier and all the parameters are jointly optimized w.r.t. the classification task. Experiments were run with Sentinel-2 SITS of the full year 2018 over an area of 200 000 km^2 (about 2 billion pixels) in the south of France (27 MGRS tiles), which is representative of an operational setting. Results show that both methods (i.e. SVGP classifier with linearly interpolated time series and the spatially kernel interpolator combined with the SVGP classifier) outperform the method used for current operational systems (i.e. Random Forest with linearly interpolated time series using spatial stratification)

Le Sahel est manifestement le domaine géographique où l'état de l'environnement est préoccupant. Préoccupant dans la mesure où plus de 70% de la population active tire leurs revenus de l'agriculture, de l'élevage; or la croissance démographique soutenue, se traduisant par l'extension des terres cultivées, a participé indirectement à la dégradation des milieux et à la diminution des ressources naturelles : sols, eau, plantes et faune. Dans l'optique de cette thèse, focalisée sur le suivi des écosystèmes sahéliens, j'ai choisi de réflechir sur les voies et moyens offerts par les outils et les méthodes d'investigations modernes comme la télédétection pour affiner le constat de dégradation des écosystemes sahéliens et proposer les méthodes de suivi de ces derniers. La première partie de la thèse débute par une mise en situation du Sahel et des secteurs qui serviront de zone-test à l'application des analyses des données satellitales : le delta intérieur du Niger (Mali) et la région du Lac de Guiers (Sénégal). Dans une première étape nous définissons le domaine sahélien et en precisions les limites et les caractères qui en font une unité biogéophysique. Dans une deuxième étape nous présentons le delta interieur du Niger et la région du lac de Guiers à travers la géologie, la pédologie et les caractéristiques des formations végétales. Nous analysons les différents paramètres climatiques et hydrologiques ainsi que leurs variations spatiales et temporelles qui conditionnent la dynamique des écosystemes et les activités humaines. La deuxième partie présente les méthodes de la télédétection utilisées pour l'inventaire, l'analyse et le suivi des écosystemes sahéliens. Deux approches sont développées : l'approche analogique ou visuelle et l'approche numérique. Dans le premier cas, nous définissons les compositions colorées utilisées et les critères visuels retenus qui vont servir à l'interprétation. Dans le second cas, deux méthodes de classifications ont été testées : la classification supervisée et la classification non supervisée. Pour chacune d'elle nous présentons les différentes étapes successives qui permettent d'aboutir à des images classées, qui montrent la répartition des unités de paysages dans l'espace étudié. Dans le but d'une évaluation quantitative des écosystemes sahéliens, l'approche analogique est appliquée à nos deux régions d'étude.

Le but de cette étude est de caractériser le passage progressif d'une mangrove d'estuaire d'une part, à une formation mixte mangrove - forêt marécageuse d'autre part. Ce travail s'inscrit dans une optique plus large qui vise à comprendre l'évolution de cette mangrove d'estuaire et à prédire, à terme, le sens de son évolution. La structure de la végétation de l'estuaire du Sinnamary (Guyane Française) est étudiée en relation avec les paramètres physico-chimiques du sol et en fonction de l'histoire sédimentaire de la zone. La zone d'écotone Mangrove - Forêt marécageuse est tout particulièrement étudiée avec la recherche de paramètres caractérisant le gradient de l'influence marine. Trois types de formations végétales sont décris au moyen de paramètres structuraux (composition floristique, diamètre, hauteur, densités) sur 5 sites répartis sur 350 km² et représentant 26 225 m² d'inventaire. A partir de ces mesures, la dynamique des populations a été mise en évidence. L'évolution des densités au cours du temps, l'accroissement diamétrique annuel et la répartition des espèces majeures ont été caractérisés. Les relations entre les paramètres physico-chimiques du sol et la répartition des espèces ont également été précisées. Enfin, l'évolution du peuplement au cours des 50 dernières années a été étudiée a travers des photographies aériennes à différentes échelles et la télédétection spatiale. L'étude de la structure du peuplement a permis de caractériser les différents faciès de mangrove observés et de proposer des modèles empiriques d'évolution des paramètres de structure (Composition floristique, densité spécifique, surface terrière). Les relations allométriques entre la hauteur et le diamètre des principales espèces ont également été précisées. L'étude de la dynamique des populations a permis de rendre compte de la répartition spécifique pour les principales espèces. L'analyse de ces répartitions a mis en évidence les stratégies de colonisation et d'occupation du milieu par les différentes espèces ainsi que les effets des conditions du milieu sur la mise en place de ces stratégies. Contrairement à ce qui est observé en forêt de terre ferme, l'analyse des données d'accroissement diamètrique a montré l'absence de rythmicité de croissance des individus dans ce milieu. L'étude et le suivi des formations par télédétection (sensus lato) a permis de visualiser et de quantifier les phénomènes de transformation de la mangrove avec une précision toute particulière sur la période d'étude (1996-1998). Enfin, l'étude des caractéristiques physico-chimiques des sols a permis de mettre en évidence les phénomènes d'évolution des sols et d'en identifier le déterminisme. Les relations sols¬végétation ont été précisées, apportant des données nouvelles pour ces milieux. Les connaissances sur la structure du peuplement, sur la dynamique du peuplement, sur les inter-relations sol-végétation, ainsi que les modèles d'évolution des paramètres structuraux en fonction du temps proposés constituent une base solide pour l'étude de ces milieux à l'échelle régionale par des techniques de télédétection spatiale ou aéroportées et pour la compréhension des mécanismes de transformation de ces milieux.

Dans le contexte des changements climatiques, l'objectif du travail effectué est de caractériser l'hétérogénéité du continent africain afin de mieux comprendre et quantifier les processus de surface agissant sur les flux hydriques. Ce travail s'inscrit dans le cadre de la mise à jour de la base de données ECOCLIMAP-I constituée d'une carte d'occupation des sols et des cartes de paramètres biophysiques. Pour cela, on s'appuie sur des données de télédétection acquises par les capteurs de dernière génération MODIS et SPOT/VEGETATION entre 2000 et 2007. Dans un premier temps, deux techniques de classification ont été développées afin de cartographier les différents écosystèmes. L'une, supervisée, a été conduite dans le contexte du programme AMMA afin de discriminer les écosystèmes sur la région ouest-africaine en combinant l'information complémentaire contenue dans les cartes d'occupation du sol GLC2000 et ECOCLIMAP-I par analyse supervisée de l'indice foliaire (LAI) MODIS. L'autre, non supervisée et hybride, utilise les principes de regroupement hiérarchique et dynamique de manière automatique en combinant l'usage du classificateur k-NN et celui de la transformée de Fourier Discrète sur la base des données d'indice de végétation normalisé (NDVI) SPOT/VEGETATION pour identifier les écosystèmes africains. Dans un deuxième temps, des méthodes d'estimation des paramètres biophysiques tels que l'albédo, la fraction de végétation, l'indice foliaire ont été développées et/ou appliquées sur le continent. Une approche statistique permet de déterminer la contribution du sol nu et de la végétation à la constitution de l'albédo de surface comme tel que cela est requis dans les modèles de surface. La méthode a d'abord été appliquée sur la région ouest-africaine et sa robustesse a été prouvée lors de son application à l'intégralité du continent africain. Ces conditions de surface ont ensuite été implémentées dans le modèle de surface ISBA pour reproduire les processus de surface. .
In the context of climate change, the aim of this study is to characterize the heterogeneity of the African continent in order to provide some elements to better understand and quantify surfaces process acting on hydric fluxes. This work is intented to update the double ECOCLIMAP-I database which is constituted by a land cover map and a dassets of land biophysical parameters. To this end, we use remotely sensed data acquired by the latest generation sensors MODIS and SPOT/VEGETATION between 2000 and 2007. During the first step, two methods of classifications has been developed for the mapping of different ecosystems. The first method, which is supervised, is obtained by combining information provided by the both global land cover map GLC2000 and ECOCLIMAP-I using an interactive analysis of MODIS leaf area index (LAI). It has been performed in the framework of the AMMA project to discriminate ecosystems over the western African Region. The second method is hybrid in that it combines k-NN clustering, hierarchical principles and the Fast Fourier Transform (FFT) on the basis of multi-annual NDVI data from SPOT/VEGETATION to identify ecosystems at the whole African continent. Then, methods for the estimation of land surface biophysical variables such as albedo, fractional vegetation cover and leaf area index has been developed and/or applied over the mainland. A statistical approach allows us to determine the contribution of bare soil albedo and vegetation albedo to the constitution of albedo as required in land surface models. After the application of the latter approach over the western african region, we demonstrate the robustness of the method by applying it over the entire mainland. The sensitivity of two land surface scenarios was studied by analysing two simulations with the same atmospheric forcing over the western African Region:one using the ECOCLIMAP-I classification and another using the new physiographic forcing specifically developed over the western African region. Heat and latent flux are mainly driven by the fractional vegetation coverage. The land surface model ISBA can be used to predict the impact of land cover change and accordingly the anthropic pressure on hydric fluxes

Dans les regions arides, le fonctionnement des ecosystemes terrestres est conditionne par la repartition spatio-temporelle de la disponibilite en eau. Ainsi, en afrique de l'ouest, la pluviometrie est souvent faible et spatialement variable, les hautes temperatures de l'air et du sol entrainent une evapotranspiration elevee et de nombreux sols ont des textures a faible capacite de retention en eau. Une bonne caracterisation fonctionnelle de la vegetation dans ces regions necessite actuellement d'ameliorer la modelisation et la regionalisation des differents flux hydriques: verticaux et horizontaux. Pour tester la faisabilite de la regionalisation du bilan hydrique, un modele physique simple a ete utilise: le modele de thornthwaite. Il integre l'apport en eau et le dessechement du sol sur l'epaisseur consideree. L'eau disponible a ete estimee pour les grandes formations de savanes et comparee a la reponse de la vegetation a travers l'indice de vegetation gvi derive des donnees satellitaires noaa/avhrr. Ensuite, le developpement d'un modele ou les flux verticaux dans le sol sont representes par la communication de reservoirs superposes et ou l'estimation de l'evapotranspiration reelle est realisee a l'aide des mesures satellitaires, a permis une bonne description verticale des flux dans l'ecosysteme. La description de l'eau disponible est completee en introduisant des flux lateraux lorsque les reservoirs superficiels sont satures ou plus humides que dans le voisinage. La sortie du modele est comparee a la reponse de la vegetation a travers le gvi et conduit a des resultats satisfaisants. Enfin, la description des flux verticaux est completee par l'amelioration des flux lateraux qui sont bien apprehendes dans les modeles hydrologiques distribues (m. H. D). Le m. H. D. Cequeau a ete choisi et modifie. La resolution du m. H. D. Est amelioree, la determination de la physiographie qui conditionne les flux de surface est remplacee par une description analytique de la surface permettant d'initialiser le modele par des grandeurs physiques,

De par leurs rôles écologiques multiples, les macrophytes sont une composante importante des hydrosystèmes, qu’il est essentiel de conserver. Toutefois, durant la saison estivale, des densités importantes des espèces submergées entraînent des problèmes récurrents dans certains cours d’eau, notamment en milieu urbain pour les usagers et les gestionnaires, et peuvent avoir des conséquences négatives pour la santé des écosystèmes. Dans un contexte de changements globaux, les enjeux liés à la prolifération des macrophytes submergés incitent à proposer des outils permettant de mieux comprendre la dynamique des herbiers et de prédire leur évolution selon différents scénarios environnementaux. Dans cette optique, la présente thèse a pour objectif le développement d’une boîte à outils accompagnant un modèle mécaniste multispécifique de production des végétaux aquatiques submergés, le modèle DEMETHER. Ce modèle permet de simuler la dynamique spatiale et temporelle de la biomasse de deux espèces communes de la Garonne moyenne (Myriophyllum spicatum et Ranunculus fluitans), sur des tronçons d’environ un kilomètre, et tient compte de la variabilité des conditions hydromorphologiques et météorologiques locales. Pour ce faire, il nécessite de connaître certains paramètres écophysiologiques et de disposer de données spatialisées de biomasse pour sa calibration, ainsi que de données bathymétriques et de substrat. La première phase de ce travail a alors consisté à réaliser des relevés sur le terrain pour caractériser le site d’étude et à développer des outils numériques ou expérimentaux pour l’acquisition de ces données. Le premier outil développé a pour objet le suivi des macrophytes submergés par télédétection. La méthode explorée a confirmé le potentiel de l’imagerie multispectrale à haute résolution spatiale (50 cm) des satellites Pléiades, traitée par des algorithmes d’apprentissage automatique, pour cartographier la distribution des herbiers et quantifier leur biomasse in situ. Cette approche nous a par ailleurs conduits à proposer une stratégie d’échantillonnage optimisée des macrophytes en grand cours d’eau pour de futures investigations. Ce travail ouvre des perspectives intéressantes pour appliquer la méthode à de l’imagerie drone, et poursuivre son développement pour un suivi mensuel automatisé. En parallèle, un outil de mesure de paramètres écophysiologiques par oxymétrie a été développé et appliqué aux deux espèces d’intérêt. Les données obtenues renseignent en particulier sur les capacités photosynthétique et respiratoire de chaque espèce en réponse à des facteurs limitants (lumière, température). La seconde phase de ce travail a consisté en l’application du modèle DEMETHER pour l’exploration de différents scénarios d’évolution climatique. Des simulations de la dynamique des herbiers en termes de biomasse ont été réalisées pour les conditions thermiques actuelles et pour une hausse des températures prévisible à l’horizon 2041-2070. Les résultats ont montré l’importance de la sensibilité de certains processus physiologiques à la température pour expliquer les patrons de distribution des deux espèces étudiées, soulignant l’intérêt de la modélisation mécaniste pour comprendre la structuration des communautés de macrophytes. Les premiers résultats obtenus avec cette boîte à outils ont confirmé sa fonctionnalité. Toutefois, en vue d’étendre son champ d’application, chacun des outils développés durant la thèse devra encore être amélioré, notamment pour affiner la calibration du modèle DEMETHER. Des propositions précises ont été formulées dans ce sens
Because of their multiple ecological roles, macrophytes are an important component of hydrosystems, and are thus essential to conserve. However, during the summer season, high densities of submerged species cause recurrent problems in certain rivers, especially in urban areas for users and managers, and can have negative consequences for ecosystem health. In a context of global change, the overgrowth of submerged macrophytes calls for new tools to better understand the dynamics of macrophytes meadows and to predict their dynamics according to different environmental scenarios. In this context, this thesis aims to develop a toolbox accompanying a multispecific mechanistic model for the production of submerged aquatic plants, the DEMETHER model. This model simulates the spatial and temporal biomass dynamics for two common species of the mid-part of the Garonne (Myriophyllum spicatum and Ranunculus fluitans) over river section of about one kilometer. It takes into account the variability of local hydromorphological and meteorological conditions. To do this, the model requires determining certain ecophysiological parameters and having spatialized biomass data for its calibration, as well as bathymetric and substrate data. The first phase of this work then consisted in field surveys to characterize the study site and in developing numerical or experimental tools for the acquisition of these data. The first tool developed aims to monitor submerged macrophytes by remote sensing. The method explored here confirmed the potential of high spatial resolution (50 cm) multispectral imagery of Pléiades satellites, processed by machine learning algorithms, to map the distribution of macrophyte beds and quantify their biomass in situ. This approach has also led us to propose an optimized sampling strategy for macrophytes in large rivers for future investigations. This work opens up interesting perspectives for applying the method to drone imagery, and continuing its development for automated monthly monitoring. In parallel, a tool was developed for measuring physiological parameters via oximetry and applied to the two species of interest. The data obtained provide information in particular on the photosynthetic and respiratory capacities of each species in response to limiting factors (light, temperature). The second phase of this work consisted in applying the DEMETHER model to explore different climate change scenarios. Simulations of the macrophyte dynamics in terms of biomass were carried out for current thermal conditions and for a foreseeable rise in temperatures by 2041-2070. The results showed the importance of the temperature sensitivity of certain physiological processes to explain the distribution patterns of the two species studied, highlighting the interest of mechanistic modelling to understand the structuring of macrophyte communities. The first results obtained with this toolbox confirmed its functionality. However, in order to extend its application range, each of the tools developed during the thesis will need to be further improved, in particular to refine the calibration of the DEMETHER model. Specific suggestions have been made to this aim

En region seche, notamment sahelienne, les etudes de terrain trop rares et couteuses ne permettent pas de mettre en valeur les nuances regionales ou zonales de reapprovisionnement en eau des nappes, et poussent a guider les investigations du suivi de la secheresse dans un autre sens. L'indice de vegetation normalise (ndvi) traduit l'activite chlorophyllienne des plantes, tandis que l'indice d'humidite de surface (ihs), defini comme le rapport entre l'evapotranspiration reelle et l'evapotranspiration potentielle, renseigne sur la disponibilite en eau du sol pour la vegetation. L'ihs integre des mesures de stations meteorologiques au sol, et des donnees satellitaires pour les parametres d'albedo et de temperature de surface. Ces donnees satellitaires sont obtenues a partir du capteur advanced very high resolution radiometer (avhrr) monte a bord de la serie des satellites meteorologiques de la national oceanic and atmospheric administration (noaa). Le couplage de l'ihs et du ndvi a ete realise au pas du mois sur trois stations meteorologiques du burkina faso, disposees selon un gradient de xericite decroissante du nord au sud. Les resultats obtenus montrent que dans les regions de vegetations peu denses (steppes, savanes arbustives), ces deux parametres evoluent avec un dephasage temporel tout au long de la saison des pluies. Cela confirme le fait qu'il y ait un retard de reponse chlorophyllienne entre l'arrivee des premieres pluies et la croissance de la vegetation, puis entre le dessechement et la fin de la saison des pluies. Ce resultat devrait pouvoir etre optimise en utilisant une frequence d'etude de 5 a 7 jours qui permettrait de suivre avec plus de finesse l'etat et l'evolution de la vegetation. On pense ainsi pouvoir predire avec plus de surete les variations potentielles lors des interruptions brutales des pluies

A l'instar des autres parcours du Bassin méditerranéen, les paysages steppiques de la zone aride tunisienne sont généralement considérés comme dégradés, la dynamique de la végétation étant affectée par des perturbations anthropiques ou non, et des stress à l'origine des processus de désertification. Dans ce contexte, les objectifs de cette recherche étaient d'identifier et de valider divers indicateurs des changements à long terme afin de fournir des informations pour une gestion des terres arides. L'étude porte sur la compréhension 1) de la structure et du fonctionnement des écosystèmes et 2) des changements qui s'y produisent en réponse à la dégradation, dans le temps et dans l'espace. Les indicateurs écologiques permettent de décrire divers niveaux d'organisation depuis l'espèce et l'écosystème, au paysage. La comparaison diachromque des cartes de végétation de 1975 et 2000 a permis d'établir un diagnostic plus complet de l'évolution des écosystèmes et des paysages depuis 25 ans. Quelques indicateurs écologiques ont aussi été reliés aux données télédétectées. .
As many rangelands surrounding the Mediterranean Basin, the Tunisian arid zone, characterised by scattered steppic vegetation, is commonly viewed as degraded landscapes. In Arid Mediterranean regions, vegetation dynamics is indeed affected by hunian and non-human disturbances and stresses which induce desertification processes. In this context, the objectives of this research were to identify and validate various indicators of long term changes to provide information useful for the management of arid lands. The study is focussed on the understanding of 1) the structure and functioning of ecosystems and 2) the changes that occur in space and time in response to degradation. The ecological indicators allow us to describe different organisation levels from species to the ecosystem and the landscape. The diachronic comparison of vegetation maps of 1975 and 2000 allow a more complete diagnosis about the evolution of ecosystems and landscapes over the last three decades. .