Towards ecologically consistent remote sensing mapping of tree communities in French Guiana: Are forest types identifiable from spatio-temporal canopy reflectance patterns?

Résumé : Les forêts tropicales fournissent des services écosystémiques globaux mais sont de plus en plus menacées par la pression anthropique. Il en résulte un besoin pressant de mieux caractériser la diversité biologique (taxonomique et fonctionnelle) de ces milieux. La connaissance accumulée à travers les inventaires botaniques et les études écologiques à l’échelle stationnelle peut être utilement complétée par une approche spatiale intégrative à l’échelle du paysage ou de la région. Cette thèse explore certains aspects de l’hétérogénéité spatiale et temporelle des canopées forestières de Guyane telle que caractérisée par différents capteurs satellitaires en vue de proposer une typologie forestière écologiquement pertinente. La première étape de ce travail a été d’identifier et de corriger certains artefacts instrumentaux dans les données de télédétection utilisées. L’anisotropie de la réflectivité des couverts forestiers affecte les mesures spectrales. Cette anisotropie est caractérisée par la fonction de distribution de réflectivité directionnelle dont l’acronyme en anglais est la BRDF (‘bi-directional reflectance distribution function’). La BRDF des couverts forestiers est complexe et dépend notamment de la rugosité de la canopée, des propriétés optiques des feuilles et de leur orientation. Le second chapitre traite de l’importance des effets de BRDF dans les images multispectrales utilisées et des conséquences de leur non prise en compte sur les classifications ultérieures. L’analyse des données mensuelles de réflectance corrigée des effets de BRDF suggère que des changements saisonniers affectant la structure ou les propriétés spectrales intrinsèques de la canopée sont à l’œuvre. Le troisième chapitre examine plus spécifiquement la contribution d’éventuels effets artefactuels résiduels dans les variations temporelles de réflectance corrigée des effets de BRDF. Deux études sont menées l’une comparative à l’échelle régionale et l’autre sur base de simulation du transfert radiatif. L’étude comparative à l’échelle de la ceinture équatoriale montre des patrons temporels distincts sur le bouclier guyanais, en Afrique centrale et sur l’ile de Bornéo. Le « verdissement » des forêts d’Afrique centrale semble synchronisé avec la pluviométrie alors qu’il semble être en phase avec l’évolution du rayonnement solaire disponible en Guyane. Les variations temporelles de géométrie capteur-soleil étant les mêmes pour les différents sites celles-ci ne peuvent être responsables des patrons temporels discordants observés. Dans la seconde étude un modèle de transfert radiatif, DART (‘Discrete Anisotropic Radiative Transfer’), est utilisé pour simuler des images multispectrales pour les différents mois de l’année à partir de scène forestières reconstituées par analyse de levés lidar aérien. Les variations temporelles de géométrie capteur-soleil ne permettent pas de retrouver les variations temporelles observées dans les images réelles, conduisant encore à la conclusion que le signal de variation saisonnière de la réflectance est bien réel. Le quatrième chapitre explore l’intérêt de l’introduction de la variation temporelle de la réflectance de la canopée dans la classification des forêts. L’analyse spatio-temporelle de l’indice de végétation amélioré (EVI) indique que les patrons saisonniers varient spatialement à l’échelle de la Guyane. Une classification basée sur la signature temporelle est proposée et discutée. L’introduction de la signature temporelle saisonnière dans les classifications des couverts forestiers sempervirens ouvre des perspectives nouvelles pour la typologie des forêts tropicales humides. Cette thèse montre qu’il est possible de se prémunir des artefacts instrumentaux liés à la réflectivité directionnelle anisotrope des couverts pour tirer parti des variations saisonnières de la réflectance des canopées tropicales. L’introduction de cette caractéristique du fonctionnement des forêts dans le processus de classification devrait permettre à la fois de raffiner et de renforcer la pertinence des typologies des couverts forestiers tropicaux.
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Contributeur : Emil Alexander Cherrington <>
Soumis le : vendredi 10 mars 2017 - 04:17:37
Dernière modification le : vendredi 19 octobre 2018 - 15:26:10
Document(s) archivé(s) le : dimanche 11 juin 2017 - 12:34:21

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Citation

Emil Alexander Cherrington. Towards ecologically consistent remote sensing mapping of tree communities in French Guiana: Are forest types identifiable from spatio-temporal canopy reflectance patterns?. Biodiversity and Ecology. AgroParisTech-ENGREF; Technische Universität Dresden, 2016. English. 〈NNT : 2016AGPT0065〉. 〈tel-01486533〉

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