Academic literature on the topic 'Estimation des rendements agricoles'

La banane (Musa sp) est produite et consommée au Mali. Son rôle dans l’alimentation des populations fait d’elle un élément important de la sécurité alimentaire et la réduction de la pauvreté. Cependant, les producteurs sont confrontés à une chute de production de leur exploitation. Cette étude avait pour but d’évaluer l’influence des pratiques culturales dans l’amélioration de la production de cette culture. Les données collectées auprès de 800 producteurs dont 400 producteurs à Banco (Dioïla) et 400 à Koloningué (Koutiala) ont été classées via la méthode de la classification ascendante en trois groupes selon la taille des exploitations. L’analyse de régression a été appliquée pour estimer l’influence des facteurs culturaux. Les résultats ont montré que les pratiques culturales appliquées par les producteurs de banane dans lesdits sites de production influencent significativement les rendements. Les coefficients de régression des facteurs culturaux ont été convertis en exponentiel (ex) pour l’estimation des rendements des pratiques culturales. Les résultats montrent que les pratiques agricoles ont amélioré le rendement de 1,04 T/ha à 3,03 T/ha sur les sites de production. Cependant, la non application des pratiques culturales constituent un manque à gagner estimable à 1,33T/ha. English title: Influence of agricultural practices on banana production in Southern Mali Bananas (Musa sp) are produced and consumed in Mali. Its role in feeding the population makes it an important element in food security and poverty reduction. However, banana growers are facing a drop in production on their farms. The objective of this study was to assess the influence of cultivation practices in improving the production of this crop. Data collected from 800 growers, including 400 in Banco (Dioïla) and 400 in Koloningué (Koutiala), were classified using the bottom-up classification method into three groups according to farm size. Regression analysis was applied to estimate the influence of cropping factors. The results showed that the cultivation practices applied by banana growers in the said production sites had a significant influence on yields. The regression coefficients of the cultivation factors were converted into exponentials (ex) for estimating the yields of the cultivation practices. The results show that farming practices improved yields from 1.04 T/ha to 3.03 T/ha on the production sites. However, the non-application of farming practices resulted in an estimated loss of 1.33 T/ha.

Les multiples débats sur la révolution agricole ont été parfois obscurcis par des confusions sur la signification des deux composantes les plus importantes des changements de l'agriculture, à savoir les rendements et la productivité. En fait, on peut retrouver l'origine de cette confusion dans certains écrits des fondateurs de l'économie politique et, notamment, dans la célèbre loi des « rendements décroissants » de David Ricardo. La confusion n'en incombe pas à Ricardo, mais à l'emploi de l'expression « diminishing returns », qui a été traduit par « rendements décroissants » (parfois aussi par « rendements non proportionnels »), mais qui signifie en fait « productivité décroissante » ; puisque le principe de la loi des rendements décroissants est que « si l'on accroît la production en intensifiant la culture sur les terres déjà occupées, tout accroissement de la production exigera un accroissement plus que proportionnel du travail employé ».

Résumé La question des ressources alimentaires disponibles pour les plus pauvres semblait avoir trouvé une réponse grâce à la hausse sans précédent des rendements agricoles. Mais les émeutes de la faim de 2009 et le rachat de terres par certains pays témoignent que des régions du monde ont peur pour leur approvisionnement à long terme.

L’agriculture biologique offre plusieurs options pour documenter les transitions technologiques vers de nouveaux modèles de production, même si elle présente des aspects controversés : faiblesse des rendements, accessibilité aux normes, valeurs des écobilans ou accroissement du travail. En mobilisant différentes situations en Afrique subsaharienne, ce numéro thématique des Cahiers Agricultures contribue à illustrer ces controverses. Les articles constitutifs montrent comment l’agriculture biologique définie par les normes des pays industriels ne peut rendre compte de la diversité des réalités agricoles africaines. Il s’ensuit l’émergence de nouvelles certifications et demandes des sociétés locales. Cette émergence reste contrainte par l’insuffisance des bases de connaissances comparatives des réalités productives entre l’agriculture biologique et conventionnelle. Des innovations méthodologiques pour réduire les asymétries de connaissances sur la comparaison des performances sont alors proposées. Les résultats interrogent la nécessité de nouveaux indicateurs intégrant les questions de sécurité nutritionnelle et sanitaire. Ils montrent que l’agriculture biologique peut aussi être un levier de l’accroissement des rendements quand la rente forestière a été consommée par l’agriculture d’exportation. Tout en éclairant les controverses, ce numéro thématique pose l’hypothèse, que sous certaines conditions, l’agriculture biologique est une opportunité de rupture de paradigme technologique qui répond aux enjeux de développement en Afrique. Il invite à ne pas confondre cette rupture avec les mécanismes de transition incrémentaux portés par l’agroécologie.

Malgré l’amélioration qu’ils apportent à la production agricole, les périmètres irrigués génèrent des risques sociaux, économiques et écologiques importants, qui questionnent leurs impacts effectifs sur la vulnérabilité sociale, économique, environnementale et alimentaire des populations bénéficiaires. La réflexion sur la construction de la vulnérabilité mobilisée dans le cadre de cet article cherche à analyser, dans une perspective socio-historico-économique, comment les processus, les changements et les perturbations dans le temps et dans l’espace peuvent expliquer les mécanismes à la source des vulnérabilités actuelles des ménages installés autour du système irrigué de la cuvette de Guédé au Sénégal. Les résultats mettent en évidence une vulnérabilité différentielle des types de ménages à plusieurs facteurs de stress. Cette vulnérabilité est fonction de la faiblesse des surfaces cultivées et des rendements, des coûts de production élevés ou des difficultés d’accès à des activités extra-agricoles, mais aussi de la période et du lieu d’installation des ménages, qui définissent partiellement leur dotation en ressources, et ainsi leur capacité à faire face à des conditions changeantes. Pour fournir une réflexion pluridisciplinaire, systémique et nuancée sur la vulnérabilité des ménages agricoles du système irrigué de Guédé, il est important de comprendre les mécanismes qui fondent la construction et l’évolution de la vulnérabilité et de voir comment leurs interactions dynamiques peuvent réduire ou renforcer les vulnérabilités existantes ou créer de nouvelles vulnérabilités.

Les volumes de lait de vache traits ont été mesurés tous les quinze jours sur une année chez 300 petits exploitants agro­pastoraux de la zone semi-aride du Sahel, dans la commune de Dantiandou au Niger. Les effectifs de vaches − adultes, en lactation et effectivement traites le matin et/ou le soir − ont été systématiquement enregistrés, ainsi que des informations sur la gestion de la pâture, la supplémentation alimentaire des vaches, et la consommation, la transformation du lait et la vente des produits laitiers. En outre, les carrières de reproduc­tion des 334 vaches ont été documentées par enquête rétros­pective. Le volume moyen par jour d’une traite a été de 0,82 ± 0,45 L. Il n’a pas été significativement différent entre la traite du matin et celle du soir, ni entre les saisons, ni entre les éle­vages. Cependant, les volumes totaux de lait trait par élevage, dont la moyenne annuelle a été de 507 ± 362 L, ont fortement varié en fonction des saisons et des élevages. En moyenne, ils ont été plus élevés dans les élevages des campements peuls récemment sédentarisés (624 ± 377 L) que dans ceux des éle­vages villageois djerma (352 ± 275 L). Cet écart était princi­palement dû à un effectif de vaches plus important dans les campements (7,1 ± 5,3 vs 4,3 ± 4,0), bien que la proportion de vaches en lactation y ait été plus faible (57 %) que dans les troupeaux villageois (73 %). Les résultats ont montré qu’une meilleure gestion par les agroéleveurs des campements avec des traites moins fréquentes, un recours plus fréquent à la pâture de nuit, à la transhumance et à une supplémentation alimentaire régulière ont contribué à améliorer l’état d’en­graissement des vaches et leurs performances reproductives. Malgré ces rendements laitiers modestes, la valeur monétaire du lait trait a représenté 16 % des revenus agricoles et non-agricoles des ménages des campements, et 7 % de ceux des villages. Les produits laitiers étaient largement consacrés à la consommation familiale : 78 % dans les campements et 84 % dans les villages.

La météo et le climat ont un impact important sur les rendements agricoles. De nombreuses études basées sur différentes approches ont été réalisées pour mesurer cet impact. Cette thèse se concentre sur les modèles statistiques pour mesurer la sensibilité des cultures aux conditions météorologiques sur la base des enregistrements historiques. Lors de l'utilisation d'un modèle statistique, une difficulté critique survient lorsque les données sont rares, ce qui est souvent le cas pour la modélisation des cultures. Il y a un risque élevé de sur-apprentissage si le modèle n'est pas développé avec certaine précautions. Ainsi, la validation et le choix du modèle sont deux préoccupations majeures de cette thèse. Deux approches statistiques sont développées. La première utilise la régression linéaire avec régularisation et validation croisée (c.-à.-d. leave-one-out ou LOO), appliquée au café robusta dans la principale région productrice de café du Vietnam. Le café est une culture rémunératrice, sensible aux intempéries, et qui a une phénologie très complexe en raison de sa nature pérenne. Les résultats suggèrent que les informations sur les précipitations et la température peuvent être utilisées pour prévoir l'anomalie de rendement avec une anticipation de 3 à 6 mois selon la région. Les estimations du rendement du robusta à la fin de la saison montrent que les conditions météorologiques expliquent jusqu'à 36 % des anomalies de rendement historiques. Cette première approche de validation par LOO est largement utilisée dans la littérature, mais elle peut être mal utilisé pour de nombreuses raisons : elle est technique, mal interprétée et nécessite de l'expérience. Une alternative, l'approche “leave-two-out nested cross-validation” (ou LTO), est proposée pour choisir le modèle approprié, évaluer sa véritable capacité de généralisation et choisir la complexité du modèle optimale. Cette méthode est sophistiquée mais simple. Nous démontrons son applicabilité pour le café robusta au Vietnam et le maïs en France. Dans les deux cas, un modèle plus simple avec moins de prédicteurs potentiels et d'entrées est plus approprié. Utiliser uniquement la méthode LOO peut être très trompeur car cela encourage à choisir un modèle qui sur-apprend les données de manière indirecte. L'approche LTO est également utile dans les applications de prévision saisonnière. Les estimations de rendement du maïs en fin de saison suggèrent que les conditions météorologiques peuvent expliquer plus de 40 % de la variabilité de l'anomalie de rendement en France. Les impacts du changement climatique sur la production de café au Brésil et au Vietnam sont également étudiés à l'aide de simulations climatiques et de modèles d'impact ou “suitability models”. Les données climatiques sont cependant biaisées par rapport au climat réel. De nombreuses méthodes de “correction de biais” (appelées ici “calibration”) ont été introduites pour corriger ces biais. Une présentation critique et détaillée de ces calibrations dans la littérature est fournie pour mieux comprendre les hypothèses, les propriétés et les objectifs d'application de chaque méthode. Les simulations climatiques sont ensuite calibrées par une méthode basée sur les quantiles avant d'être utilisées sur nos modèles d'impact. Ces modèles sont développés sur la base des données de recensement des zones caféières, et les variables climatiques potentielles sont basées sur un examen des études précédentes utilisant des modèles d'impact pour le café et des recommandations d'experts. Les résultats montrent que les zones propices à l'arabica au Brésil pourraient diminuer d'environ 26 % d'ici le milieu du siècle dans le scénario à fortes émissions, les régions compatibles avec la culture du robusta vietnamien pourraient quant à elle diminué d'environ 60 %. Les impacts sont significatifs à basse altitude pour les deux types de café, suggérant des déplacements potentiels de la production vers des endroits plus élevés
Weather and climate strongly impact crop yields. Many studies based on different techniques have been done to measure this impact. This thesis focuses on statistical models to measure the sensitivity of crops to weather conditions based on historical records. When using a statistical model, a critical difficulty arises when data is scarce, which is often the case with statistical crop modelling. There is a high risk of overfitting if the model development is not done carefully. Thus, careful validation and selection of statistical models are major concerns of this thesis. Two statistical approaches are developed. The first one uses linear regression with regularization and leave-one-out cross-validation (or LOO), applied to Robusta coffee in the main coffee-producing area of Vietnam (i.e. the Central Highlands). Coffee is a valuable commodity crop, sensitive to weather, and has a very complex phenology due to its perennial nature. Results suggest that precipitation and temperature information can be used to forecast the yield anomaly with 3–6 months' anticipation depending on the location. Estimates of Robusta yield at the end of the season show that weather explains up to 36 % of historical yield anomalies. The first approach using LOO is widely used in the literature; however, it can be misused for many reasons: it is technical, misinterpreted, and requires experience. As an alternative, the “leave-two-out nested cross-validation” (or LTO) approach, is proposed to choose the suitable model and assess its true generalization ability. This method is sophisticated but straightforward; its benefits are demonstrated for Robusta coffee in Vietnam and grain maize in France. In both cases, a simpler model with fewer potential predictors and inputs is more appropriate. Using only the LOO method, without any regularization, can be highly misleading as it encourages choosing a model that overfits the data in an indirect way. The LTO approach is also useful in seasonal forecasting applications. The end-of-season grain maize yield estimates suggest that weather can account for more than 40 % of the variability in yield anomaly. Climate change's impacts on coffee production in Brazil and Vietnam are also studied using climate simulations and suitability models. Climate data are, however, biased compared to the real-world climate. Therefore, many “bias correction” methods (called here instead “calibration”) have been introduced to correct these biases. An up-to-date review of the available methods is provided to better understand each method's assumptions, properties, and applicative purposes. The climate simulations are then calibrated by a quantile-based method before being used in the suitability models. The suitability models are developed based on census data of coffee areas, and potential climate variables are based on a review of previous studies using impact models for coffee and expert recommendations. Results show that suitable arabica areas in Brazil could decrease by about 26 % by the mid-century in the high-emissions scenario, while the decrease is surprisingly high for Vietnamese Robusta coffee (≈ 60 %). Impacts are significant at low elevations for both coffee types, suggesting potential shifts in production to higher locations. The used statistical approaches, especially the LTO technique, can contribute to the development of crop modelling. They can be applied to a complex perennial crop like coffee or more industrialized annual crops like grain maize. They can be used in seasonal forecasts or end-of-season estimations, which are helpful in crop management and monitoring. Estimating the future crop suitability helps to anticipate the consequences of climate change on the agricultural system and to define adaptation or mitigation strategies. Methodologies used in this thesis can be easily generalized to other cultures and regions worldwide

En agriculture, la météo est le principal facteur de variabilité d’une année sur l’autre. Cette thèse vise à construire des modèles statistiques à grande échelle qui estiment l’impact des conditions météorologiques sur les rendements agricoles. Le peu de données agricoles disponibles impose de construire des modèles simples avec peu de prédicteurs, et d’adapter les méthodes de sélection de modèles pour éviter le sur-apprentissage. Une grande attention a été portée sur la validation des modèles statistiques. Des réseaux de neurones et modèles à effets mixtes (montrant l’importance des spécificités locales) ont été comparés. Les estimations du rendement de maïs aux États-Unis en fin d’année ont montré que les informations de températures et de précipitations expliquent en moyenne 28% de la variabilité du rendement. Dans plusieurs états davantage météo-sensibles, ce score passe à près de 70%. Ces résultats sont cohérents avec de récentes études sur le sujet. Les prévisions du rendement au milieu de la saison de croissance du maïs sont possibles à partir de juillet : dès juillet, les informations météorologiques utilisées expliquent en moyenne 25% de la variabilité du rendement final aux États-Unis et près de 60% dans les états plus météo-sensibles comme la Virginie. Les régions du nord et du sud-est des États-Unis sont les moins bien prédites. Le rendements extrêmement faibles ont nécessité une méthode particulière de classification : avec seulement 4 prédicteurs météorologiques, 71% des rendements très faibles sont bien détectés en moyenne. L’impact du changement climatique sur les rendements jusqu’en 2060 a aussi été étudié : le modèle construit nous informe sur la rapidité d’évolution des rendements dans les différents cantons des États-Unis et localisent ceux qui seront le plus impactés. Pour les états les plus touchés (au sud et sur la côte Est), et à pratique agricole constante, le modèle prévoit des rendements près de deux fois plus faibles que ceux habituels, en 2060 sous le scénario RCP 4.5 du GIEC. Les états du nord seraient peu touchés. Les modèles statistiques construits peuvent aider à la gestion sur le cours terme (prévisions saisonnières) ou servent à quantifier la qualité des récoltes avant que ne soient faits les sondages post-récolte comme une aide à la surveillance (estimation en fin d’année). Les estimations pour les 50 prochaines années participent à anticiper les conséquences du changement climatique sur les rendements agricoles, pour définir des stratégies d’adaptation ou d’atténuation. La méthodologie utilisée dans cette thèse se généralise aisément à d’autres cultures et à d’autres régions du monde
In agriculture, weather is the main factor of variability between two consecutive years. This thesis aims to build large-scale statistical models that estimate the impact of weather conditions on agricultural yields. The scarcity of available agricultural data makes it necessary to construct simple models with few predictors, and to adapt model selection methods to avoid overfitting. Careful validation of statistical models is a major concern of this thesis. Neural networks and mixed effects models are compared, showing the importance of local specificities. Estimates of US corn yield at the end of the year show that temperature and precipitation information account for an average of 28% of yield variability. In several more weather-sensitive states, this score increases to nearly 70%. These results are consistent with recent studies on the subject. Mid-season maize crop yield forecasts are possible from July: as of July, the meteorological information available accounts for an average of 25% of the variability in final yield in the United States and close to 60% in more weather-sensitive states like Virginia. The northern and southeastern regions of the United States are the least well predicted. Predicting years for which extremely low yields are encountered is an important task. We use a specific method of classification, and show that with only 4 weather predictors, 71% of the very low yields are well detected on average. The impact of climate change on yields up to 2060 is also studied: the model we build provides information on the speed of evolution of yields in different counties of the United States. This highlights areas that will be most affected. For the most affected states (south and east coast), and with constant agricultural practice, the model predicts yields nearly divided by two in 2060, under the IPCC RCP 4.5 scenario. The northern states would be less affected. The statistical models we build can help for management on the short-term (seasonal forecasts) or to quantify the quality of the harvests before post-harvest surveys, as an aid to the monitoring (estimate at the end of the year). Estimations for the next 50 years help to anticipate the consequences of climate change on agricultural yields, and to define adaptation or mitigation strategies. The methodology used in this thesis is easily generalized to other cultures and other regions of the world

En agriculture, la météo est le principal facteur de variabilité d’une année sur l’autre. Cette thèse vise à construire des modèles statistiques à grande échelle qui estiment l’impact des conditions météorologiques sur les rendements agricoles. Le peu de données agricoles disponibles impose de construire des modèles simples avec peu de prédicteurs, et d’adapter les méthodes de sélection de modèles pour éviter le sur-apprentissage. Une grande attention a été portée sur la validation des modèles statistiques. Des réseaux de neurones et modèles à effets mixtes (montrant l’importance des spécificités locales) ont été comparés. Les estimations du rendement de maïs aux États-Unis en fin d’année ont montré que les informations de températures et de précipitations expliquent en moyenne 28% de la variabilité du rendement. Dans plusieurs états davantage météo-sensibles, ce score passe à près de 70%. Ces résultats sont cohérents avec de récentes études sur le sujet. Les prévisions du rendement au milieu de la saison de croissance du maïs sont possibles à partir de juillet : dès juillet, les informations météorologiques utilisées expliquent en moyenne 25% de la variabilité du rendement final aux États-Unis et près de 60% dans les états plus météo-sensibles comme la Virginie. Les régions du nord et du sud-est des États-Unis sont les moins bien prédites. Le rendements extrêmement faibles ont nécessité une méthode particulière de classification : avec seulement 4 prédicteurs météorologiques, 71% des rendements très faibles sont bien détectés en moyenne. L’impact du changement climatique sur les rendements jusqu’en 2060 a aussi été étudié : le modèle construit nous informe sur la rapidité d’évolution des rendements dans les différents cantons des États-Unis et localisent ceux qui seront le plus impactés. Pour les états les plus touchés (au sud et sur la côte Est), et à pratique agricole constante, le modèle prévoit des rendements près de deux fois plus faibles que ceux habituels, en 2060 sous le scénario RCP 4.5 du GIEC. Les états du nord seraient peu touchés. Les modèles statistiques construits peuvent aider à la gestion sur le cours terme (prévisions saisonnières) ou servent à quantifier la qualité des récoltes avant que ne soient faits les sondages post-récolte comme une aide à la surveillance (estimation en fin d’année). Les estimations pour les 50 prochaines années participent à anticiper les conséquences du changement climatique sur les rendements agricoles, pour définir des stratégies d’adaptation ou d’atténuation. La méthodologie utilisée dans cette thèse se généralise aisément à d’autres cultures et à d’autres régions du monde
In agriculture, weather is the main factor of variability between two consecutive years. This thesis aims to build large-scale statistical models that estimate the impact of weather conditions on agricultural yields. The scarcity of available agricultural data makes it necessary to construct simple models with few predictors, and to adapt model selection methods to avoid overfitting. Careful validation of statistical models is a major concern of this thesis. Neural networks and mixed effects models are compared, showing the importance of local specificities. Estimates of US corn yield at the end of the year show that temperature and precipitation information account for an average of 28% of yield variability. In several more weather-sensitive states, this score increases to nearly 70%. These results are consistent with recent studies on the subject. Mid-season maize crop yield forecasts are possible from July: as of July, the meteorological information available accounts for an average of 25% of the variability in final yield in the United States and close to 60% in more weather-sensitive states like Virginia. The northern and southeastern regions of the United States are the least well predicted. Predicting years for which extremely low yields are encountered is an important task. We use a specific method of classification, and show that with only 4 weather predictors, 71% of the very low yields are well detected on average. The impact of climate change on yields up to 2060 is also studied: the model we build provides information on the speed of evolution of yields in different counties of the United States. This highlights areas that will be most affected. For the most affected states (south and east coast), and with constant agricultural practice, the model predicts yields nearly divided by two in 2060, under the IPCC RCP 4.5 scenario. The northern states would be less affected. The statistical models we build can help for management on the short-term (seasonal forecasts) or to quantify the quality of the harvests before post-harvest surveys, as an aid to the monitoring (estimate at the end of the year). Estimations for the next 50 years help to anticipate the consequences of climate change on agricultural yields, and to define adaptation or mitigation strategies. The methodology used in this thesis is easily generalized to other cultures and other regions of the world

La télédétection spatiale est d’une importance primordiale pour la cartographie et la surveillance des problèmes environnementaux. Son intérêt réside dans la capacité des capteurs satellitaires spatiaux à fournir des informations globales et permanentes de la planète, aux échelles locale à globale. La télédétection radar a montré son grand potentiel ces dernières années dans la caractérisation des états de surface du sol. L’état de la surface du sol, et en particulier l’humidité et la rugosité, exerce une influence fondamentale sur la répartition de la pluie entre infiltration, rétention superficielle et ruissellement. Il a un rôle essentiel dans les processus hydrologiques de surface et ceux associés à l’érosion et aux processus d’évapotranspiration. La caractérisation et la prise en compte de ces conditions de surface constituent actuellement un enjeu important pour la modélisation à base physique des processus hydrologiques ou pour le couplage surface-atmosphère. Dans ce cadre et depuis plusieurs années, plusieurs études scientifiques ont montré le potentiel des données micro-ondes actives dans l’estimation de l’état hydrique du sol et de sa rugosité de surface.Les nouveaux systèmes radar (SAR ʺSynthetic Aperture Radarʺ) ont permis d’ouvrir de nouvelles perspectives pour l’observation de la terre grâce à l’amélioration de la résolution spatiale (métrique sur TerraSAR-X et COSMO-SkyMed) et temporelle (TerraSAR-X, COSMO-SkyMed, Sentinel-1). La disponibilité depuis peu des nouveaux capteurs radar bande C Sentinel-1 (Sentinel-1A et Sentinel-1B) rend indispensable l’évaluation des données Sentinel-1 pour la caractérisation des états de surface du sol et en particulier la rugosité de surface.Le travail de thèse se structure en trois parties. La première partie consiste à évaluer les modèles de rétrodiffusion de radar les plus utilisés (IEM, Oh, Dubois and AIEM) en utilisant un large ensemble de données de SAR et des mesures expérimentales des paramètres du sol. Cette évaluation permet de trouver le modèle de rétrodiffusion le plus robuste qui simule le mieux le signal radar afin de l'utiliser par la suite dans la procédure d'inversion du signal radar pour estimer la rugosité du sol. Le deuxième axe de recherche de cette thèse consiste à proposer un modèle de rétrodiffusion radar semi-empirique pour les polarisations HH, HV et VV. Ce nouveau modèle sera construit à l'aide d'une grande base de données réelle. Ce nouveau modèle sera également utilisé dans la procédure d'inversion du signal radar pour estimer la rugosité du sol. Le dernier axe de cette thèse consiste à construire une méthode d’inversion du signal radar en utilisant les réseaux de neurones afin d’évaluer le potentiel des données Sentinel-1 pour l’estimation de la rugosité des sols en milieux agricoles. Ces réseaux de neurones seront entrainés à l'aide d'un ensemble de données synthétiques élaborées à partir des modèles de rétrodiffusion radar choisis (IEM calibré par Baghdadi et du nouveau modèle proposé) et validés en utilisant deux ensembles de données: un ensemble de données synthétiques et une base de données réelle (images Sentinel-1 et mesures in situ d’humidité et de rugosité du sol). La base de données réelle a été collectée en Tunisie (Kairouan) et en France (Versailles)
Spatial remote sensing is of paramount importance for mapping and monitoring environmental problems. Its interest lies in the ability of space satellite sensors in providing permanent information of the planet, at local, regional and global scales. Also, it provides spatial and repetitive territories visions and ecosystem views. Radar remote sensing has shown great potential in recent years for the characterization of soil surface conditions. The state of the soil surface, in particular moisture and roughness, has a fundamental influence on the distribution of rainfall between infiltration, surface retention and runoff. In addition, it plays an essential role in surface hydrological processes and those associated with erosion and evapotranspiration processes. Characterization and consideration of these surface conditions have been recently considered as an important issue for physically based modeling of hydrological processes or for surface-atmosphere coupling. In this context and for several years, several scientific studies have shown the potential of active microwave data for estimation of the soil moisture and the surface roughness.New SAR (Synthetic Aperture Radar) systems have opened new perspectives for earth observation through improved spatial resolution (metric on TerraSAR-X and COSMO-SkyMed) and temporal resolution (TerraSAR-X, COSMO-SkyMed, Sentinel-1) . The recent availability of new Sentinel-1 C-band radar sensors (free and open access) makes it essential to evaluate the potential of Sentinel-1 data for the characterization of soil surface conditions and in particular surface roughness.The work revolves around three parts. The first part consist of evaluation of the most used radar backscattering models (IEM, Oh, Dubois, and AIEM) using a wide dataset of SAR data and experimental soil measurements. This evaluation gives the ability to find the most robust backscattering model that simulates the radar signal with good agreement in order to use later in the inversion procedure of the radar signal for estimating the soil roughness. The second research axe of this thesis consists of proposing an empirical radar backscattering model for HH, HV and VV polarizations. This new model will be developed using a large real dataset. This new model also will be used in the inversion procedure of the radar signal for estimating the soil roughness. The last axe of this thesis consists of producing a method to invert the radar signal using neural networks. The objective is to evaluate the potential of Sentinel-1 data for estimating surface roughness. These neural networks will be trained using wide synthetic dataset produced from the radar backscattering models chosen (IEM calibrated by Baghdadi and the new proposed model) and validated using two datasets: one synthetic dataset and one real (Sentinel 1 images and in-situ measurements). The real datasets are collected from Tunisia (Kairouan) and France (Versailles)

Cette thèse cherche à étudier les relations climat/agriculture en Afrique de l'Ouest dans un contexte de croissance démographique nécessitant une augmentation des rendements agricoles futurs. Nous cherchons à caractériser dans un premier temps les changements climatiques passés et futurs dans la région, puis à passer en revue plusieurs études qui donnent une estimation de l'impact du climat futur sur les rendements agricoles de la sous-région, afin de produire des résultats robustes et de souligner les limites de ces études. La valeur médiane d'évolution des rendements futurs se situe ainsi vers -11%, et cette valeur est robuste au type de modèle agronomique employé. Il semble de plus nécessaire de travailler plus en détail sur les scénarii futurs, parfois trop limités et sur les différences entre variétés qui peuvent être importantes. Nous soulignons également l'hétérogénéité des résultats à l'échelle de la sous-région. Nous nous fondons dans un deuxième temps sur ces constatations pour réaliser une étude d'impact originale utilisant des données observées sur 35 stations météorologiques en Afrique de l'Ouest. Pour cela, nous définissons 35 scénarii possibles fondés sur cinq anomalies de pluie (de -20% à +20%) et sept de température (de +0°C à +6°C) et nous simulons les rendements pour trois variétés contrastées de mil et trois de sorgho. Les résultats montrent entre autre une évolution négative du rendement moyen principalement due à l'augmentation de température que la pluie peut seulement atténuer ou aggraver. On note également un impact plus négatif pour les variétés à cycle court et constant que pour les variétés sensibles à la photopériode. Enfin, pour une même anomalie de température, si on considère comme équiprobables les cinq scénarii de pluie, la probabilité d'avoir une forte baisse des rendements est plus importante dans le Sud de la sous-région. Les constatations sur la forte variabilité interannuelle de la pluie (et donc des rendements) et sur le climat futur incertain nous poussent donc à étudier l'intérêt pour les paysans sahéliens de prévisions climatiques saisonnières qui donnent avant le début de la saison des pluies une information sur la catégorie du cumul pluviométrique (plutôt sec, normal ou humide). Cette prévision permet ainsi de minimiser l'impact de l'aléa pluviométrique et est robuste à l'incertitude du changement climatique. Nous calculons de ce fait la valeur d'une telle information pour les cultivateurs de mil nigériens en utilisant un modèle économique représentant les stratégies des agents considérés (choix culturaux, aversion au risque...). Les résultats montrent un impact sur le revenu globalement positif, même en années sèches et avec une prévision d'une précision proche de l'existant. Ainsi, cette prévision imparfaite donne une augmentation du revenu de +6.9% sur les 18 années. Ce gain est légèrement supérieur avec une prévision parfaite (+11%) et atteint +34% si on fournit des informations supplémentaires sur le début et la fin de la saison: ces informations permettent en effet d'utiliser de nouvelles stratégies culturales. Enfin, afin d'étudier des points que l'évaluation théorique laissait en suspens nous élaborons au Sénégal des ateliers participatifs qui visent à étudier avec les acteurs locaux les changements de stratégies culturales en réaction à des prévisions climatiques (saisonnières et décadaires), ainsi que le gain engendré par ces prévisions sur les rendements. L'impact sur les rendements est évalué avec l'aide d'un expert et montre que les prévisions ont certes un effet nul dans 62% des cas, mais qu'il est positif dans 31%. Ces résultats dépendent cependant des villages étudiés.

This thesis explores the suitability of the multi-layer perceptron (MLP) neural network for prediction of corn and soybean yield and for classification of nitrogen corn stressed vegetation. The results show while using a combination of vegetation and texture indices, and topographic data, we can successfully predict corn yield with MLP. The regression coefficient between observed and predicted yield for corn and soybean were respectively 92% and 43% for the middle season image only. This research also indicates that the information from an image is more important when it is acquired during the period of maximum crop biological activity. Thus, MLP developed on the middle season predicts the corn and soybean yield with respective R[superscript 2] of 89% and 40%. The degree of relationship between the inputs and the outputs and the quality of the data are very important, because they determine the capabilities of the MLP. When the generalization capabilities of the MLP models were tested on a non-corrected crop yield dataset, the results drop to 45% and 36% for corn and soybean respectively. The MLP demonstrated also its capability to discriminate corn nitrogen status during the growing season. MLP models based on image spectral and textural indices reach a Kappa coefficient of 72% for middle season image and 81% for the combined multidate images. Image texture features also provide useful complementary information for the discrimination of different nitrogen stress levels. The best MLP for predicting corn nitrogen status was the one that integrates image features and topographic parameters. It outperforms the first one with an accuracy of 90% for middle season image and 95% for all two images. Evidence that topographic data are a critical discriminatory information source is both obvious and strong. In consequence, crop physiological status monitoring systems require taking into account the combined effects of soil background and canopy architecture. This thesis have highlighted that MLP has a strong potential for detecting corn nitrogen stressed vegetation and that they would help farmers to better manage crop status during the growing season, when there is still time to respond to problems. The other contributions of this study are the development of crop yield data correction and filtering algorithm and the identification of discriminant analysis as the best method for the MLP inputs selection"--Résumé abrégé par UMI.

Cette thèse aborde une caractérisation d'évènements qui stucturent et modulent le cycle saisonnier des pluies en Afrique de l'Ouest. La mise en place de la mousson est étudiée à partir du déplacement méridien de la Zone de Convergence Intertropicale qui montre une transition rapide entre deux positions d'équilibre marquée par une amplification de la dynamique des basses pressions sahariennes. On s'attache également à décrire les fluctuations intra-saisonnières de la convection en Afrique de l'Ouest qui s'expriment dans deux bandes de fréquences à 15 jours et à 40 jours en cohérence avec la dynamique atmosphérique des basses couches et l'échelle des systèmes convectifs. Les applications agronomiques sont abordées en utilisant le modèle SARRA-H du CIRAD. Il est montré que la prise en compte de la mise en place de la mousson comme date de semis améliore le rendement et qu'il existe un impact fort des séquences sèches intra-saisonnières selon le degré de développement de la culture
By using daily rainfall data and wind reanalyses over the period 1968-1990 we document two main aspects of the West African monsoon dynamics : the onset of the monsoon and the intraseasonal modulation of convention. It is shown that the onset stage is linked to an abrupt latitudinal shift of the Inter-Tropical Convergence Zone associated to the heat low dynamics. We also show the evidence of coherent fluctuations in the rainfall and wind fields in two spectral windows : around 15 days, and between 30 and 40 days. These fluctuations are characterized by a westward propagation of large cyclonic and anticyclonic anomalies with a modulation of Mesoscale Convective System characteristics. By using a crop model SARRA-H (CIRAD), we study the agricultural impacts. It is shown that our definition of the onset can improve the yield through a better choice of the showing date. It is also shown a strong impact of extra-seasonal dry sequences during the flowering and the grain ripening phases

Les sols constituent un des plus importants réservoirs de carbone dans l'écosystème terrestre de par leur contenu en matière organique. Cependant, il est difficile d'estimer rapidement et de manière détaillée la teneur en carbone des sols parce que cet indicateur est variable dans l'espace et dans le temps. Seul un échantillonnage exhaustif et des analyses traditionnelles en laboratoire permettent d'avoir une vision détaillée. L'étude actuelle vise à développer un modèle d'estimation de la matière organique contenue dans les sols agricoles en se basant sur les réflectances spectrales de ces sols. L'utilisation de ce modèle permettrait de cartographier et suivre l'évolution de la teneur des sols agricoles à nu en carbone organique. Des échantillons provenant de plusieurs parcelles agricoles situées à l'intérieur du bassin versant de la rivière Tomifobia dans le Sud du Québec ont été utilisés à cette fin. L'analyse a été faite avec plus de 800 échantillons de sol provenant de 26 parcelles dont la teneur en matière organique s'élève entre 1 et 13%. Ces échantillons appartiennent à quatre types pédologiques (loam, limon sableux (2) et fin limon sableux). Pour chaque échantillon de sol, une signature spectrale a été enregistrée entre 350 et 2 500 nm. La technique proposée repose sur une normalisation des spectres de réflectance ainsi que sur les valeurs calculées de la dérivée première et de la dérivée seconde. Une des associations la plus significative est celle entre le contenu en matière organique et la dérivée première des spectres normalisés centrée sur le segment 861-885 nm. Seulement 12 des 78 échantillons des groupes d'échantillon initiaux utilisés pour la modélisation et la validation indiquent une erreur résiduelle supérieure à 25% (dont 2 au-delà de 50%). Un rééchantillonnage des bandes spectrales en fonction des bandes spectrales de quelques satellites présente des résultats intéressants même si celles-ci couvrent une portion plus large du spectre. En effet, des coefficients de détermination supérieurs à 0,7 ont été obtenus suite à la démarche de normalisation des données utilisée dans l'étude. Des travaux ultérieurs sont nécessaires afin d'optimiser la relation et de s'assurer de son efficacité à prédire le contenu en matière organique des bassins versants environnants.