Tesis sobre el tema "Écosystèmes – Télédétection"

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. .

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. La sensibilité d'ISBA au forçage physiographique a été étudiée en analysant deux simulations avec le même forçage atmosphérique sur la région ouest-africaine : l'une en utilisant la classification ECOCLIMAP-I et l'autre en utilisant la nouvelle paramétrisation de la surface développée sur la région ouest-africaine. Les flux de chaleur latente et sensible sont principalement pilotés par la fraction de végétation. Le modèle ISBA peut être utilisé pour prédire l'impact d'un changement d'occupation du sol et par conséquent des actions anthropiques sur le bilan hydrique.

Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse porte sur l'assimilation de données de télédétection pour le suivi des surfaces continentales. Les variables analysées sont l'état hydrique du sol et la biomasse de la végétation, sur la jachère du site expérimental SMOSREX, de 2001 à 2004, au sud-ouest de Toulouse. Quatre méthodes d'assimilation (EKF, EnKF, 1D-VAR et T-VAR) ont été mises en œuvre dans le modèle ISBA-A-gs de Météo-France, et comparées. La méthode 1D-VAR est la plus performante, aussi bien pour la qualité des analyses qu'en temps de calcul. Cette méthode a été appliquée à l'assimilation simultanée des observations de l'humidité de la surface et de l'indice foliaire, ainsi qu'aux mesures de télédétection réalisées sur le site. L'assimilation améliore la simulation de contrôle, à condition d'introduire un point de flétrissement dynamique (cela est particulièrement utile pendant les périodes de forte sécheresse). Les effets d'une incertitude sur les précipitations sont évalués.

En dépit de ses ressources naturelles, le Katanga connaît une déforestation inquiétante durant ces dernières années. Avec 157.525 km², la forêt au Katanga ne recouvre plus que moins de 4% environ du territoire. Les forêts sont considérablement en régression, soit un taux de déforestation annuelle d’environ -0,20%. Ce processus s’est récemment accéléré, tout particulièrement dans les zones minières et dans les hinterlands de tous les grands centres urbains, suite à une forte pression démographique et aux activités minières qui en résultent. Le paysage forestier est donc dynamique et change, en composition et en configuration spatiale au cours du temps. L’objectif principal de cette étude était d’évaluer l’état de la fragmentation de la forêt au Katanga, en utilisant les techniques et méthodes de l‘écologie du paysage. Un accent particulier a été mis sur l’impact des activités minières sur les paysages forestiers et sur l’exploitation artisanale de bois énergie. Cette quantification de l’état de la fragmentation peut être utile d’une part aux services publics de l'État congolais pour évaluer de manière différenciée les processus de déforestation et la vulnérabilité du paysage, et d’en tirer les conséquences opérationnelles. D’autre part elle est utile aux services de recherche et de conservation pour prendre en considération les facteurs de risque de la déforestation au côté des autres (vent, pluie, érosion, crues, ruissellement, etc.). Dans la présente étude, nous nous sommes basés sur l’hypothèse selon laquelle les actions anthropiques sont les principales causes de la fragmentation de l’habitat.

Les résultats ont montré que l’exploitation minière et la croissance démographique sont deux facteurs de la déforestation, considérés comme les paramètres principaux du processus de changement du paysage au Katanga. L’analyse spatiale, faite grâce à la cartographie et aux systèmes d’information géographique, a permis de faire le calcul d’indices de composition et de configuration du paysage afin d’analyser la structure spatiale des forêts. La structure a été ensuite modélisée pour évaluer les impacts de concessions, des routes et des sites miniers sur la forêt. En fonction de résultats obtenus, on constate que les forêts du Katanga subissent une pression anthropique assez forte et la tendance générale de la fragmentation des forêts est inquiétante. Les habitats forestiers sont entrain d’être transformés en formations savanicoles. Les activités minières ont un impact défavorable sur les forêts de la province. La présence des plusieurs compagnies minières a favorisé l'augmentation des sites miniers et la densification du réseau routier.

Doctorat en Sciences
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Les mangroves sont des socio-écosystèmes côtiers uniques qui se situent au niveau des zones tropicales et subtropicales mondiales. Elles subissent des dégradations anthropiques et naturelles compromettant à la fois leurs fonctionnalités écologiques et leurs nombreuses contributions aux sociétés humaines. Face à ce constat, de nombreux projets de restauration des mangroves ont vu le jour. Cependant, sur le long terme, un grand nombre de ces initiatives a échoué, mettant en lumière un manque de compréhension de l'écosystème et de sa relation avec les sociétés humaines. Dans ce cadre, cette thèse a pour objectif principal de répondre à la problématique suivante : Comment améliorer l'efficacité des projets de restauration écologique des mangroves ? Trois objectifs de recherche ont émergé pour y répondre : (i) évaluer l'efficacité des projets de restauration pour la nature et la société (ii) identifier les lacunes conduisant aux mauvaises pratiques, et enfin (ii) proposer des solutions pour améliorer les projets. Pour atteindre ces objectifs, une analyse géographique des projets de restauration à l'échelle mondiale a été entreprise, examinant chacune des grandes phases des projets : la conception, la mise en œuvre des mesures de restauration et le suivi-évaluation. Dans la phase de conception, une des lacunes majeures identifiées est le manque de méthodes d'évaluation standardisées de l'état pré restauration du site accessibles aux gestionnaires. Afin de répondre à ce besoin, les bases de l'outil d'évaluation rapide RAM MANGROVES ont été développées. Une analyse bibliographique, couplée à des entretiens semi-directifs avec des experts et étayée d'un test sur le terrain a permis d'aboutir à une méthode constituée de 16 descripteurs écologiques et socio-économiques, ainsi que d'un protocole de terrain standardisé. Dans la phase de mise en œuvre, un état de l'art des mesures de restauration et une synthèse des recommandations scientifiques afin de les améliorer ont été réalisés. Pour ce faire, une analyse comparative des projets de restauration à l'échelle mondiale et l'étude approfondie d'un cas particulier aux Philippines ont été réalisés. Ces travaux ont mis en évidence l'importance cruciale d'une approche systémique intégrant des aspects écologiques, sociaux et économiques pour maximiser les chances de réussite d'un projet de restauration. Ils ont également confirmé un point essentiel : la réhabilitation des conditions propices au développement des mangroves doit être pensée en première intention, la replantation ne doit être envisagée que si les conditions environnementales favorables au maintien et au développement de la mangrove ont déjà été réhabilitées, ou n'ont pas été dégradées. Ce travail a également mis en lumière que la plupart des recommandations scientifiques ne sont pas respectées dans beaucoup de projets de restauration des mangroves. Enfin, dans la phase de suivi-évaluation, un manque important d'évaluation des projets a été identifié. Pour encourager les porteurs de projets à réaliser cette étape cruciale, une approche par télédétection à haute résolution est proposée. Cette approche a été utilisée afin d'évaluer l'évolution du couvert végétal de six sites de restauration au Costa Rica, au Sénégal, au Bénin et aux Philippines. Cette analyse utilise des images Landsat et Sentinel. Une analyse à multiples échelles spatiales et temporelles a été réalisée afin de garantir la robustesse des interprétations. Les résultats ont révélé une grande précision de la cartographie, avec un indice de Kappa moyen de 0,95, confirmant la fiabilité de cette approche. En synthèse, l'efficacité des projets de restauration des mangroves se révèle étroitement liée à la qualité de la conception du projet, à la pertinence des mesures de restauration sélectionnées, à l'engagement actif des communautés locales et à l'utilisation d'outil de suivi approprié
Mangroves represent unique coastal social-ecosystems situated in tropical and subtropical regions worldwide. They endure both anthropogenic and natural degradations, compromising their ecological functionalities and their numerous contributions to human societies. In response to this situation, a multitude of mangrove restoration projects have been initiated. However, in the long term, a significant portion of these initiatives has failed, highlighting a lack of understanding of the ecosystem and its relationship with human societies. Within this context, this thesis primarily aims to address the following question: How can the effectiveness of mangrove ecological restoration projects be improved? Three research objectives have emerged in response: (i) to assess the restoration projects' effectiveness for nature and society, (ii) to identify gaps leading to poor practices, and finally, (iii) to propose solutions to enhance the projects. To achieve these objectives, a geographic analysis of restoration projects on a global scale was undertaken, examining each of the projects' major phases: design, implementation of restoration measures, and monitoring-evaluation. In the design phase, one of the major identified gaps is the lack of standardized pre-restoration site assessment methods accessible to managers. To address this need, the foundations of the Rapid Assessment Method for Mangroves (RAM MANGROVES) tool were developed. A bibliographic analysis, coupled with semi-structured interviews with experts and supported by a field test, led to a method consisting of 16 ecological and socio-economic descriptors, as well as a standardized field protocol.During the implementation phase, a state of the art of restoration measures and a synthesis of scientific recommendations for their improvement were carried out. This involved a comparative analysis of global restoration projects and an in-depth study of a particular case in the Philippines. These efforts highlighted the crucial importance of a systemic approach integrating ecological, social, and economic aspects to maximize the chances of a restoration project's success. They also confirmed a key point: rehabilitation of conditions conducive to mangrove development should be considered a priority, with replanting only considered if the environmental conditions favourable to the maintenance and development of mangroves have been rehabilitated or were not degraded. This work also illuminated that most scientific recommendations are not adhered to in many mangrove restoration projects.Finally, in the monitoring-evaluation phase, a significant lack of project evaluation was identified. To encourage project holders to undertake this crucial step, a high-resolution remote sensing approach is proposed. This approach was used to evaluate the evolution of the vegetation cover of six restoration sites in Costa Rica, Senegal, Benin, and the Philippines. This analysis utilizes Landsat and Sentinel images. An analysis at multiple spatial and temporal scales was conducted to ensure the robustness of the interpretations. The results revealed a high accuracy of the mapping, with an average Kappa index of 0.95, confirming the reliability of this approach.In summary, the effectiveness of mangrove restoration projects is closely linked to the quality of project design, the relevance of selected restoration measures, the active engagement of local communities, and the use of appropriate monitoring tools

Cette étude se propose d’explorer les potentialités des données de télédétection optique et radar libre d’accès pour l’évaluation et le suivi des écosystèmes forestiers tropicaux, secs ou humides. Différents sites tests situés dans ces écosystèmes forestiers tropicaux, ont été sélectionnés. Il s’agit : du parc national des Virunga en République Démocratique du Congo (RDC), de la réserve de biosphère de l’Oti-Keran-Mandourie (OKM) et de la réserve de faune de Togodo (RFT) au Togo, de la zone située autour du pont faisant la liaison entre la ville de Saint-Georges de l’Oyapock et la plaine du littorale de Kourou en Guyane française et de la province de la Monté Cristi en république Dominicaine. Différentes données ont été utilisés lors de cette étude : pour les images radar, des séries temporelles Sentinel-1, des mosaïques Alos-2 et, pour les images optiques, Sentinel-2 et Landsat-8. Des données exogènes comme les points GPS, modèles numériques de terrain et les cartes de référence. L’approche méthodologie utilisé est composée de prétraitement sur les images optiques et radar. Les approches spécifiques, variables selon le site d’étude, ont comporté : photo interprétation détaillée, la classification supervisée SVM, l’inventaire forestier et l’application des équations allométriques, une approche de détection des changements par décomposition en ondelettes, une de détection des changements automatiques par seuillage et la caractérisation de ces changements. Les principaux résultats sont les suivants : Site du PNVI : les cartes d’occupation du sol et les cartes binaires forêts, non-forêt de 1987, 1997, 2007 et 2017 sont réalisées sur le PNVI. Sur la période de 30 ans en utilisant les cartes binaires entre 1987 à 2017 le taux moyen annuel de déforestation est de 1,07%. Ce taux de déforestation élevé montre la pression croissante sur les ressources forestières dans le paysage des Virunga. Site de l’OKM et du RFT : une classification menée sur une combinaison d’images optiques et radar donne des performances légèrement meilleures que des classifications menées sur des images optiques et radar considérées séparément. Les cartes d’occupation du sol issues de ces classifications ont servis de base pour l’estimation de stocks de carbone à travers l’évaluation des ressources forestières. Sur le site de Saint-Georges de l’Oyapock, l’analyse temporelle menée à partir de décompositions en ondelettes, a permis de détecter trois grands types de changements dus à : la déforestation anthropique, les évolutions saisonnières et les évolutions agricoles. Sur le site de la province de Monté Cristi en République dominicaine, l’analyse conjointe d’images radar et optiques a permis de proposer une cartographie comportant 18 classes d’occupation du sol contrôlées sur le terrain avec une précision globale de plus de 90 %. Le suivi historique des forêts montre une régression de la couverture forestière. Parallèlement, nous observons une régression de la surface des mangroves entre 2015 et 2018.Cette étude a mis en évidence l’immense potentialité des données de télédétection optique et radar dans la caractérisation, la cartographie et le suivi des strates d’occupation des sols dans les écosystèmes tropicaux dans différentes régions du monde et en fonction des conditions saisonniers. Si chaque type de données de télédétection possède ces qualités et capacités discriminatoire, cette étude a montré que l’utilisation conjointe et combinée de deux types de données permet d’augmenté significativement la caractérisation et la discrimination des classes d’occupation des sols et ainsi augmente les chances de fiabilité des actions à mener
This study aims to explore the potential of optical remote sensing and free access radar data for the assessment and monitoring of tropical, dry or wet forest ecosystems. Different test sites located in these tropical forest ecosystems have been selected. These are: the Virunga National Park in the Democratic Republic of Congo (DRC), the Oti-Keran-Mandourie Biosphere Reserve (OKM) and Togodo Wildlife Reserve (RFT) in Togo, the area around the bridge linking the city of Saint-Georges de l'Oyapock and the plain of the Kourou coast in French Guiana and the province of Monté Cristi in the Dominican Republic. Different data were used in this study: for radar images, Sentinel-1 time series, Alos-2 mosaics and, for optical images, Sentinel-2 and Landsat-8. Exogenous data such as GPS points, digital terrain models and reference maps. The methodology approach used consists of pretreatment on optical and radar images. Specific approaches, varying by study site, included: photo detailed interpretation, supervised SVM classification, forest inventory and application of allometric equations, a wavelet decomposition detection approach, a detection approach automatic changes by thresholding and the characterization of these changes. The main results are:PNVI site: land cover maps and forest, non-forest binary maps of 1987, 1997, 2007 and 2017 are produced on the PNVI. Over the 30-year period using the binary maps between 1987 and 2017 the average annual rate of deforestation is 1.07%. This high deforestation rate shows the increasing pressure on forest resources in the Virunga landscape. OKM and RFT site: a classification carried out on a combination of optical and radar images gives slightly better performances than classifications carried out on optical and radar images considered separately. The land cover maps from these classifications were used as a basis for estimating carbon stocks through forest resource assessment. At the Saint-Georges de l'Oyapock site, temporal analysis using wavelet decompositions revealed three main types of changes due to anthropogenic deforestation, seasonal changes and agricultural changes. On the site of the Monté Cristi province in the Dominican Republic, the joint analysis of radar and optical images made it possible to propose a cartography comprising 18 field-controlled land cover classes with an overall accuracy of more than 90%. Historical forest monitoring shows a decline in forest cover. At the same time, we observe a regression of the surface of mangroves between 2015 and 2018.This study has highlighted the immense potential of optical and radar remote sensing data in the characterization, mapping and monitoring of land use layers in tropical ecosystems in different regions of the world and according to seasonal conditions. While each type of remote sensing data has these discriminatory qualities and capabilities, this study has shown that the joint and combined use of two types of data significantly increases the characterization and discrimination of land-use classes and thus increases the chances of reliability of the actions to be carried out

Cette thèse a pour objectif principal de contribuer à la compréhension des facteurs environnementaux agissant sur la diversité et la productivité des communautés végétales alpine, et dans un deuxième temps de mettre en évidence des changements récents dans la structure de la végétation dans un contexte tempéré alpin, les Alpes françaises. L’approche adoptée se base sur des méthodes issues de la télédétection et également de l’écologie végétale, en combinant des relevés de végétation avec les données de climat de l’imagerie à haute résolution. Dans le premier chapitre, je démontre l’intérêt de quantifier la durée d’enneigement afin de pouvoir prédire les patrons de diversité taxonomique et fonctionnelle, en montrant aussi que la modélisation spatiale de la productivité primaire reste un défi important dans le contexte des paysages alpins. Dans le deuxième chapitre, je teste l’utilité de l’imagerie satellitaire pour quantifier les conditions environnementales au niveau des communautés végétales, et je mets en évidence que l’habitat des communautés dominantes peut être différencié à l’échelle régionale par la date de déneigement et le pic en productivité. J’essaie également de voir si la diversité fonctionnelle influe sur la réponse NDVI dans le cadre de trois années de durée d’enneigement contrastées. Le troisième chapitre marque un changement d’approche, dans lequel je passe à l’analyse de la dynamique observée de la végétation pendant les dernières décennies dans deux sites : la Réserve Naturelle des Hauts Plateaux du Vercors (RNHPV) et le Parc National des Ecrins (PNE). L’analyse diachronique de l’écotone forêt-prairie dans la RNHPV montre une forte expansion de la forêt à Pinus uncinata pendant les soixante dernières années, en réponse à un réchauffement global et également des changements spatio-temporels dans les usages des terres en lien avec le pâturage. Dans la deuxième partie, je montre qu’avec les satellites on observe une tendance de verdissement à l’échelle du PNE pendant les dernières décennies. Je propose qu’une réduction dans la durée d’enneigement et un réchauffement depuis les années 1980s ont contribué à une augmentation de la productivité des canopées dans des contextes alpins de haute altitude, et ceci indépendamment des effets d’utilisation des terres. Pris ensemble, au lieu d’avancer un aspect précis de l’écologie alpine, mon travail sert à compléter nos connaissances du fonctionnement des communautés végétales alpines et à confirmer certaines hypothèses basées sur l’observation terrain avec des analyses spatiales robustes
The central aim of this thesis is to contribute to current understanding of environmental drivers of plant diversity and productivity as well as of recent changes in vegetation structure in a temperate alpine context, the French Alps. My approach draws on methods from remote sensing and plant ecology by combining plot-based measures of plant diversity and climate data with high-resolution imagery. Chapter I demonstrates the importance of quantifying snow cover duration for predicting patterns of plant taxonomic and functional diversity, and also highlights the ongoing challenge of modeling spatial gross primary productivity dynamics in alpine landscapes. In Chapter II, I explore the utility of satellite imagery for quantifying environmental conditions experienced by alpine plant communities, and further show how metrics of snow cover duration and peak productivity can be used to differentiate habitat for dominant alpine plant communities. I also explore how functional diversity mediates NDVI responses to highly contrasting snow years. Chapter III provides new evidence of recent shifts occurring in high-elevation plant communities in the French Alps in response to climate and land-use change. Analysis of the forest-grassland ecotone in the Vercors Regional Park shows a strong dynamic of forest expansion in response to overall climate warming and local shifts in grazing-related land-use practices, which supports findings from other studies conducted elsewhere in the Alps and Pyrenees. In the second part of Chapter III, for the first time I present evidence of greening dynamics in a protected area of the French Alps, the Ecrins National Park. I propose that a decrease in snow cover duration and pronounced warming occurring in the 1980s likely contributed to increased canopy productivity in high alpine contexts, and are driving long-term greening in the absence of land-use change. Taken collectively, rather than pushing a specific aspect alpine ecology forward, my work helps to fill out our working knowledge of alpine plant communities and serves to solidify a number of field-based observations by carrying out robust spatial analyses

L’objectif principal de la thèse était de caractériser les impacts de différents types de gestion pastorale (bovins, équins, caprins) sur les communautés végétales de « nouveaux écosystèmes » fortement anthropisés que sont les digues et remblais de la réserve de Donzère-Mondragon dans la basse vallée du Rhône. Différents outils ont été utilisés (relevés de végétation, analyses de sols, analyses minérales des herbages, télédétection, SIG, etc.) à des échelles spatiales différentes afin de dégager les interrelations entre les différents niveaux d’organisation et fonctionnalités de la végétation. En effet, l’émergence des « nouveaux écosystèmes » oblige les gestionnaires à reconsidérer les principes initiaux de la gestion conservatoire. Dans notre étude, il a pu être démontré que les systèmes de pâturage faisant appel à des troupeaux d’herbivores dont l’organisation est adaptée pour maintenir l’ouverture des milieux, augmentent la richesse spécifique, la diversité et l’hétérogénéité de la végétation à court terme (3-5 années) par rapport à l’absence de gestion ou aux interventions mécaniques. Les analyses montrent également que les espèces annuelles qui apparaissent sont appétentes et contribuent à augmenter la valeur fourragère de certains faciès du site pâturé par les chevaux. Ces herbivores ont également un impact sur la banque de graines permanente du sol en augmentant son hétérogénéité et la densité de graines viables sous les faciès les plus pâturés. Le pâturage des vaches et des chevaux confirme une corrélation entre l’indice de végétation (NDVI) obtenu après l’analyse de photographies aériennes, la biomasse et la richesse en espèces végétales. Les estimations d’indices de consommation de la ronce sous SIG ont permis d’apprécier l’efficacité de l’action des chèvres. Ces différents résultats, pour les modalités testées, correspondent bien à ceux déjà obtenus lors d’applications de systèmes pastoraux en milieux naturels. Des expérimentations devraient également être menées à l’avenir via des systèmes de pâturage mixtes notamment bovin-caprin et équin-caprin pour accroître l’effet de la restauration aux dépens de la colonisation d’arbustes compétitifs dont la ronce. La gestion pastorale appliquée devrait néanmoins être pensée sur le moyen terme, si possible via des contrats pluriannuels, favorisant la durabilité de cette méthode de gestion et de ses effets dans le temps
The main objective of the thesis was to characterize the impacts of different types of pastoral management (cattle, horses, goats) on "new ecosystems" plant communities. Our experimentations were conducted in highly anthropized dykes and embankments of the Donzère-Mondragon reserve in the lower Rhone valley. Various tools were used (i.e. vegetation surveys, soil analyzes, grassland mineral analyzes, remote sensing, GIS, etc.), and at different spatial scales in order to identify the interrelationships between the different levels of vegetation organization and functions. Indeed, the emergence of "new ecosystems" requires managers to reconsider the initial principles of conservation management. Our study showed that, in the short term (3-5 years), grazing systems using herds of herbivores, whose organization is adapted to maintain open habitats, increase species richness, diversity and heterogeneity of plant communities compared to lack of management or mechanical interventions. Moreover, the annual species that appear are appetizing and contribute to increase the forage value of the site grazed by horses. These herbivores also have an impact on the permanent seed bank by increasing both its heterogeneity and the density of viable seeds under the most grazed patches. Grazing of cattle and horses confirm a correlation between the vegetation index (NDVI), biomass and plant species richness. Finally, we evaluated the efficacy of goats’ action on bramble via consumption indices calculated using GIS. Our different results are in the line with those already obtained in natural environments. Future experiments should test the effects of mixed grazing systems, particularly cattle, goats and horses, on the colonization dynamic of competitive shrubs such as brambles. Applied pastoral management should be considered in the medium term, via multi-year contracts to promote the sustainability of this management method and its effects over time

Le changement climatique constitue un défi qui dépasse les échelles temporelles et spatiales de la plupart des problèmes. Il nécessite donc des approches qui reflètent la complexité du système terrestre. Cela est particulièrement vrai pour la biosphère et les écosystèmes forestiers, l'une des principales sources d'incertitude dans les projections climatiques. Les efforts concertés de collecte de données, tels que les inventaires forestiers, les bases de données des traits et les nouvelles technologies, telles que la télédétection, ont considérablement accru notre capacité à observer et à analyser l'état actuel de la végétation de la Terre. Cependant, pour estimer les développements futurs et comprendre les feedbacks entre la végétation et le changement climatique, des modèles sont nécessaires pour assimiler ces données et les traduire en dynamique des écosystèmes. Les modèles forestiers mécanistes et individu-centrés sont une approche particulièrement prometteuse, car ils simulent la dynamique forestière "bottom-up", reconstruisent les forêts arbre par arbre, et sont donc capables de prédire des patrons à différentes échelles. Cette thèse continue le développement du simulateur de dynamique forestière TROLL, rajoute la variation intraspécifique et la plasticité de la croissance des arbres, dérive une nouvelle méthode pour traduire les données de télédétection en inventaires forestiers virtuels et l'utilise pour inférer la structure forestière et la dynamique des écosystèmes dans les régions tropicales. Enfin, conformément à l'approche de TROLL, basée sur les traits, une mise à jour d'une base mondiale de traits, la base de données mondiale de la densité du bois est présentée, explorant la contribution des changements évolutives et cartographiant la densité du bois à travers le monde
Climate change presents society and science with a challenge that goes beyond the temporal and spatial scales of most practical problems. It therefore requires approaches that reflect the complexity of the Earth's system. This holds particularly true for the biosphere and forest ecosystems, one of the most important sources of uncertainty in climate projections. Concerted data collection efforts, such as forest inventories, trait data bases, and new technologies, such as remote sensing, have considerably increased our ability to observe and analyze the current state of the Earth's vegetation. However, to extrapolate findings into the future and understand the feedbacks between vegetation and climate change, models are needed that assimilate these data and translate them into ecosystem dynamics. Mechanistic and individual-based forest models are a particular promising approach, since they simulate dynamics bottom-up, reconstruct forests tree by tree, and are thus able to predict patterns across scales. This PhD further develops the trait- and individual-based forest growth simulator TROLL, including intraspecific variation and plasticity in tree growth, derives a new method to translate Airborne Lidar data into virtual forest inventories and uses it to infer forest structure and ecosystem dynamics in tropical rain forests. Finally, in line with TROLL's trait-based approach, an update to a global trait base, the Global Wood Density Database is presented, exploring the contribution of evolutionary lineages to wood density variation and mapping wood density across the globe

L’anthroposystème pastoral du Ferlo sénégalais évolue dans un milieu historiquement négligé par les politiques agricoles en raison de ses caractéristiques biophysiques particulières, peu favorables à l’agriculture et à une forme de mise en valeur autre que l’élevage extensif, incluant une transhumance. Celui-ci permet d’exploiter des ressources très variables dans l’espace et dans le temps. Cette primauté de l’élevage itinérant est de nos jours de plus en plus contestée par le développement de l’agriculture dans un contexte marqué par l’amélioration des conditions de la pluviosité dans tout le Sahel ouest-africain, de l’épuisement des terres du Bassin aracohidier et de la multiplication des aménagements agricoles au niveau de la vallée du fleuve Sénégal. En combinant l’analyse d’images de télédétection pour la cartographie d’évolution de l’occupation du sol par le couvert végétal, l’étude de la flore et du paysage végétal et l’exploitation d’enquêtes dans les villages et les campements du Ferlo, ce mémoire de thèse tente de cerner la géographie de la vulnérabilité des populations rurales et des écosystèmes qu’elles utilisent. Ainsi les éleveurs et les pasteurs évoluent-ils avec des stratégies d’adaptation quotidienne dans ces milieux du Sénégal intérieur marqués par l’instabilité écologique profonde et par les transformations à l’oeuvre dans la société rurale sénégalaise. Ces changements socio-environnementaux considérables contribuent ainsi à la dynamique des paysages végétaux et par-delà pose la question de la dégradation des écosystèmes
The pastoral anthroposystem of Senegalese Ferlo evolves in an environment historically neglected by agricultural policies because of its characteristics particular biophysics, unfavorable to the agriculture and to the shape of development other than the extensive breeding. This primacy of the itinerant breeding is nowadays more and more disputed by the development of the farming in a context marked by the improvement of the conditions of the rainfall in West-African Sahel, soil depletion in the Groundnut Basin and the multiplication of agricultural development at the valley of the Senegal River. By combining the analysis of remote sensing imagery for mapping land cover changes by the vegetation cover, the study of flora and vegetation landscape and the exploitation of the investigations in villages and camps, this thesis attempts to define the geography of the vulnerability of rural populations and ecosystems which they use. So, pastoralists evolve with daily adaptation strategies in these circles inside Senegal marked by deep ecological instability and by the transformations at work in the Senegalese rural society. These socio-environmental changes contribute to the dynamics of plant landscapes and raise the question of ecosystem degradation

Ce memoire propose une analyse diachronique de l'occupation du sol de la zone peri-urbaine de brazzaville (r. P. Congo). Apres le rappel des conditions generales de l'environnement en afrique centrale, les differents facteurs physiques et biotiques du milieu sont decrits dans le premier et le deuxieme chapitres. Les affectations et les formes d'exploitation de ce milieu sont ensuite abordees dans le troisieme chapitre en utilisant une methode de photointerpretation. Ainsi, les donnees obtenues sur l'extension de brazzaville par rapport au milieu rural et sur l'evolution de l'interface urbain-rural de 1953 a 1983 a permis de soulever un certain nombre de problemes tels que la croissance urbaine incontrolee, la degradation de la foret et des sols, l'itinerance des cultures ce travail constitue donc une etude prealable d'amenagement d'un territoire de facon a apprecier les elements evolutifs et la vitesse de cette evolution