Maison de la Télédétection - Montpellier UMR 3S Cemagref-Engref Maison de la Télédétection - Montpellier Soutenance de Fabien Dauriac pour l’obtention du titre de Docteur de l’ENGREF spécialité Sciences de l’Eau Suivi multi-échelle par télédétection et spectroscopie de l’état hydrique de la végétation méditerranéenne pour la prévention du risque de feu de forêt Le 28 mai 2004 à Montpellier devant le jury suivant : Directeur de thèse C. Millier Rapporteurs A. Bégué et S. Jacquemoud Examinateurs P. Ceccato, M. Deshayes et H. Jeanjean Good afternoon everyone I am Fabien Dauriac from Cemagref. Thank you for choosing to come to this presentation. I present to you this project entitled « Foliage Moisture Content and Spectral Characteristics Using Near Infrared Reflectance Spectroscopy ». I think Luso is a good place to deal with moisture content. 3 French research teams are collaborating to this project: Cefe and Cemagref from Montpellier and Inra from Avignon. I am presenting here the first results.

Un été 2003 catastrophique pour l’Europe méditerranéenne : 62.000 ha 115.000 ha 65.000 ha 440.000 ha Une surface totale brûlée équivalente à la superficie de la Corse ! Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Un accroissement régulier du niveau de risque Modification de l’occupation des sols extension des forêts et fermeture des paysages urbanisation intensive du pourtour méditerranéen → recrudescence des départs de feu Changement du climat réchauffement mondial (selon IPCC, 2001) observé de 1980 à 2000 : +0,4°C simulé pour le XXIème siècle : +1,5 à +6°C allongement des périodes de sécheresse en zone méditerranéenne Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

La prévention du risque en France Des acteurs : Sécurité Civile et Forestiers : dispositif de prévention et de lutte, entretien des voies d’accès, débroussaillement des sous-bois, contrôle des points d’eau, patrouilles et tours de guet… Des indicateurs de risque d’incendie (éclosion et propagation) Indicateur Organisme Zone Fréquence Risque météorologique Météo-France 15 départements, 112 zones de 700 km² 2 fois par jour Teneur en eau ONF 30 sites ponctuels 3 à 7 jours Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

La prévention du risque en France Des acteurs : Sécurité Civile et Forestiers : dispositif de prévention et de lutte, entretien des voies d’accès, débroussaillement des sous-bois, contrôle des points d’eau, patrouilles et tours de guet… Des indicateurs de risque d’incendie (éclosion et propagation) Indicateur Organisme Zone Fréquence Risque météorologique Météo-France 15 départements, 112 zones de 700 km² 2 fois par jour Teneur en eau ONF 30 sites ponctuels 3 à 7 jours Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Indicateur météorologique du risque (Météo-France) Cartographie du risque météorologique basé sur le modèle de risque Canadien (3 réservoirs) 4 paramètres météo (température, humidité, pluie, vent) 112 zones de risque (700 km² en moyenne) 6 niveaux de risque 2 fois par jour Animation : risque prévu fort faible 24 juillet13 août 2001 Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

La prévention du risque en France Sécurité Civile et Forestiers : dispositif de prévention et de lutte, entretien des voies d’accès, débroussaillement des sous-bois, contrôle des points d’eau, patrouilles et tours de guet… Des indicateurs de risque d’incendie (éclosion et propagation) Indicateur Organisme Zone Fréquence Risque météorologique Météo-France 15 départements, 112 zones de 700 km² 2 fois par jour Teneur en eau ONF 30 sites ponctuels 3 à 7 jours Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Indicateur de stress hydrique (ONF) Réseau Hydrique mesure de la teneur en eau de la végétation 30 stations de moins de 500 m² chacune 20 espèces méditerranéennes différentes pérennité du réseau depuis 1996 financé par le Ministère de l’Agriculture MAAPAR Teneur en eau = 1er facteur de risque dans le démarrage (inflammabilité) dans la propagation (combustibilité) d’un feu Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Intérêt de la télédétection Risque météorologique : 112 zones de 700 km² chacune Teneur en eau de terrain : 30 sites ponctuels de 500 m² Un outil pour améliorer la spatialisation : la télédétection Observation de grandes surfaces Plusieurs images par jour Suivi de paramètres physiologiques Enjeu Développer les méthodes de télédétection pour cartographier la teneur en eau de la végétation Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Intérêt de la télédétection : cartographie des zones brûlées Été 2003 : 16.000 ha brûlés dans le massif des Maures en qqs jours images SPOT 5 de résolution 5-10 m charte internationale espace et catastrophes majeures Avant le feu 19 juillet 2003 Sainte- Maxime 29 juillet (J+10) Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Intérêt de la télédétection : suivi de la teneur en eau de la végétation Bilan de l’état de l’art (depuis 1990) sur certains sites et pour certaines périodes : bonnes corrélations Satellite ↔ Teneur en eau plantes spectre étudié : visible et PIR (500-1000 nm) et T° Surf. …mais de façon générale, résultats hétérogènes Car les échelles d’observation sont très différentes teneur en eau de terrain = 300 à 500 m² pixel du satellite = 1,2 à 11 km² Nouvelles possibilités de la télédétection ? bandes spectrales Moyen infrarouge (1200-2500 nm) résolution spatiale améliorée = 0,1 à 1,2 km² Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Suivre la teneur en eau de la végétation par télédétection Objectif Suivre la teneur en eau de la végétation par télédétection Définir les protocoles de mesure de terrain pour servir de références aux données satellitaires identifier les protocoles de prélèvement adéquats préciser les échelles spatio-temporelles de variation Définir les domaines spectraux permettant le suivi de l’état hydrique des plantes Tester les performances de capteurs satellitaires (NOAA-AVHRR, Terra-Modis et Spot-Végétation) Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Quelles échelles de variation de la teneur en eau ? 1. spatiale peuplement feuille individu bouquet 2. temporelle pluriannuel 2001 2002 2003 teneur en eau 4h 8h 12h 16h 20h quotidien teneur en eau annuel Juin Juill. Août Sept. Oct. teneur en eau 400 nm 2400 nm réflectance spectre continu 3. spectrale

Quelles échelles d’observation des satellites à basse résolution ? 1. spatiale pixels de 500 à 1000 m de côté (de 25 à 100 ha) 2. temporelle - images quotidiennes - plusieurs années d’archives 2001 2002 2003 pluriannuel Indice satellitaire 3. spectrale 400 nm 2400 nm réflectance bandes satellitaires - nombre et largeur des bandes - domaines spectraux (visible, IR)

Plan de l’exposé Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique Mesure indirecte par spectroscopie proche infrarouge Mesure indirecte par télédétection à basse résolution Synthèse et Conclusion Perspectives Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Plan de l’exposé Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique Mesure indirecte par spectroscopie proche infrarouge Mesure indirecte par télédétection à basse résolution Synthèse et Conclusion Perspectives Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Méthodes de prélèvement et calcul de la teneur en eau Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (1/14) Méthodes de prélèvement et calcul de la teneur en eau indice FMC Masse fraîche – Masse sèche Masse sèche = Teneur en eau massique : 1 échantillon ≈ 20 g de feuilles (sans unité) Foliage Moisture Content - Chêne vert : 0,6 < FMC < 0,8 - Bruyère arborescente : 0,3 < FMC < 1,2 Exemples : indice EWT Masse fraîche – Masse sèche Surface de la feuille = Teneur en eau surfacique : 1 échantillon = 1 feuille (g.cm-2) Equivalent Water Thickness Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Arbousier commun (Arbutus unedo) Bruyère arborescente (Erica Arborea) Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (2/14) Sites d’étude 30 sites du Réseau Hydrique ONF 2 sites de garrigue : Causse d’Aumelas CEMAGREF Garrigue de chêne kermès (Quercus coccifera) Taillis de chêne vert (Quercus ilex) 1 site de maquis : Massif des Maures INRA Arbousier commun (Arbutus unedo) Bruyère arborescente (Erica Arborea) Maquis de bruyère et d’arbousier Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Variabilité spatiale de la teneur en eau : feuille Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (3/14) Variabilité spatiale de la teneur en eau : feuille Différence de comportement hydrique selon l’âge et le type de feuillage feuille 4 pieds (n=64) chêne vert 2002 type et orientation effectifs espèce année critère 8 pieds (n=131) chêne vert 2001 âge effectifs espèce année critère Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Variabilité spatiale de la teneur en eau : individu Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (4/14) Variabilité spatiale de la teneur en eau : individu feuille Différence de comportement hydrique entre individus ? individu de 10 à 100 m de 3 à 9 pieds 5 2001 et 2002 distances effectifs espèces années Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Variabilité spatiale de la teneur en eau : bouquet Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (5/14) Variabilité spatiale de la teneur en eau : bouquet feuille individu bouquet Différence de comportement hydrique entre bouquets ? Exemple de 6 bouquets suivis en 2003 dans le massif des Maures 100 m distances effectifs espèces années de 75 à 750 m de 2 à 6 bouquets 3 2001, 2002, 2003 Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Variabilité spatiale de la teneur en eau : peuplement Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (6/14) Variabilité spatiale de la teneur en eau : peuplement peuplement feuille individu bouquet Y a t’il une structure spatiale de la teneur en eau de la végétation et à quelle distance ? Exemple : 69 prélèvements de feuilles chêne kermès, Causse d’Aumelas, 4 sept. 2001 de 5 à 1000 m distances de 45 à 69 pieds effectifs 4 espèces 2001 et 2003 années Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Variabilité spatiale de la teneur en eau : résultats Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (7/14) Variabilité spatiale de la teneur en eau : résultats âge : prélever les feuilles de l’année exposition : prélever les feuilles de lumière (plutôt que d’ombre) orientation : pas de préférence précaution : minimiser le pourcentage de matériel ligneux feuille Préconisations sur les feuilles à prélever pour minimiser la dispersion des valeurs de teneur en eau Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Variabilité spatiale de la teneur en eau : résultats Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (8/14) Variabilité spatiale de la teneur en eau : résultats individu - variation entre individus pour une même espèce et un même site : teneur en eau significativement différente d’un individu à l’autre, même pour des pieds proches Évolution de la teneur en eau de 4 pieds de chêne kermès en 2001 10 < distance < 40 m Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Variabilité spatiale de la teneur en eau : résultats Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (9/14) Variabilité spatiale de la teneur en eau : résultats bouquet - entre bouquets BRUYERE 2 bouquets en 2002 d = 400 m Comportement inter-bouquet homogène pour le chêne kermès, pour la bruyère arborescente ARBOUSIER Comportement inter-bouquet hétérogène pour l’arbousier Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Variabilité spatiale de la teneur en eau : résultats Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (10/14) Variabilité spatiale de la teneur en eau : résultats peuplement - dans un peuplement absence de structure spatiale de la teneur en eau de la végétation 60 pieds d’arbousier 18 sept. 2003 distances en mètre prélever assez d’échantillons pour représenter la variance de l’état hydrique (th. central limite : n>30) pas de carte d’interpolation variance = 53 pépite pure Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Variabilité temporelle de la teneur en eau Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (11/14) Variabilité temporelle de la teneur en eau pluriannuelle 2001 2002 2003 teneur en eau annuelle Juin Juill. Août Sept. Oct. 4h 8h 12h 16h 20h quotidienne teneur en eau années 2002 espèces 2 sites fréquence 1 à 2 heures 2001-2002-2003 20 35 2 à 15 jours Quelle est la variabilité journalière ? Quel est le délai de réponse après une pluie ? Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Variabilité temporelle de la teneur en eau : résultats Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (12/14) Variabilité temporelle de la teneur en eau : résultats - variation de la teneur en eau sur la journée risque maximal entre 14 et 16 h locale - atmosphère chaude et sèche - teneur en eau des plantes minimale - majorité des départs de feu (source : BD Prométhée) variations / journée = 20 à 50% variations / année 4h 8h 12h 16h 20h quotidienne teneur en eau Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Variabilité temporelle de la teneur en eau : résultats Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (13/14) Variabilité temporelle de la teneur en eau : résultats - variation de la teneur en eau sur la saison Bruyère arborescente (Erica arborea) Arbousier (Arbutus unedo) pluies - variation de la teneur en eau après une pluie 2 étés, 20 espèces, 35 sites  n = 502 en moyenne le délai de réponse = 6 jours Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Métrologie de terrain : synthèse Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique (14/14) Métrologie de terrain : synthèse Un échantillon optimisé : prélever les feuilles de lumière et de l’année Au niveau spatial : au moins 30 individus répartis aléatoirement dans le peuplement Au niveau temporel : prélever entre 14 et 16 h et au moins 1 fois par semaine mesures de référence à comparer aux données satellitaires Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Plan de l’exposé Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique Mesure indirecte par spectroscopie proche infrarouge Mesure indirecte par télédétection à basse résolution Synthèse et Conclusion Perspectives Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Mesure indirecte par spectroscopie proche infrarouge (1/5) Acquis de la modélisation radiative : teneur en eau et réponse spectrale Simulation du taillis de chêne vert sur le Causse d’Aumelas : - Modèles : Prospect (feuille) + Géosail (couvert) - Analyse de sensibilité EFAST (5.000 tirages) 1350nm 1900nm 60% Paramètres chlorophylle matière sèche SLW teneur en eau EWT surface foliaire LAI angle zénithal solaire chlorophylle (Danson et Bowyer, 2003) Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Mesure de spectroscopie et indices de teneur en eau Mesure indirecte par spectroscopie proche infrarouge (2/5) Mesure de spectroscopie et indices de teneur en eau protocole de mesure visible proche infrarouge moyen infrarouge feuille réflectances 400-2500 nm 3 espèces 294 feuilles régression linéaire multiple Teneur en eau (indices FMC-EWT) Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Mesure de spectroscopie et indices de teneur en eau : résultats Mesure indirecte par spectroscopie proche infrarouge (3/5) Mesure de spectroscopie et indices de teneur en eau : résultats r² entre la réflectance à une longueur d’onde et la teneur en eau (indices FMC et EWT) r2 modèle global d’étalonnage à 7 longueurs d’onde (r² = 0.9 SD/SECV > 3) visible PIR MIR Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Résultats : simulation de capteurs Mesure indirecte par spectroscopie proche infrarouge (4/5) Résultats : simulation de capteurs 8 capteurs satellitaires de 3 à 15 bandes chacun ensemble des bandes : 2 groupes ETM+, VGT, MODIS, MERIS : 65% < r² < 77% AVHRR, AATSR, HRVIR, ASTER : 36% < r² < 56% Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Spectroscopie : synthèse Mesure indirecte par spectroscopie proche infrarouge (5/5) Spectroscopie : synthèse intérêt réel du Moyen infrarouge pour l’estimation de la teneur en eau de la végétation intérêt des nouveaux capteurs satellitaires (VGT, MODIS, MERIS) attention toutefois car : problème d’échelles (feuille  couvert) simulations partielles des capteurs non prises en compte : architecture du couvert perturbations de l’atmosphère Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Plan de l’exposé Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique Mesure indirecte par spectroscopie proche infrarouge Mesure indirecte par télédétection à basse résolution Synthèse et Conclusion Perspectives Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Données à basse résolution Mesure indirecte par télédétection à basse résolution (1/9) Données à basse résolution Végétation VGT Résolution de 1000 m Produits quotidiens + Synthèse 10 j. (D10) Réflectances 4 bandes Modis Résolution de 500 m et 1000 m Produits quotidiens + Synthèses 8 et 16 jours Réflectances 7 bandes + 1 température de surface Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Analyse de la dynamique temporelle sur 1 pixel Mesure indirecte par télédétection à basse résolution (2/9) Qualité des indices de teneur en eau issus de la télédétection (par confrontation aux données in situ) Analyse de la dynamique temporelle sur 1 pixel (site n°3 des Alpes-Maritimes, été 2001, exemple de MODIS) Teneur en eau FMC indice GVMI 1 jour Teneur en eau FMC indice GVMI 1 jour : très bruitées car perturbations : radiométriques atmosphériques indice GVMI (PIR + 0,1) – (MIR + 0,02) (PIR + 0,1) + (MIR + 0,02) Global Vegetation Moisture Index Ceccato et al., 2002 Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Analyse de la dynamique temporelle d’un pixel Mesure indirecte par télédétection à basse résolution (3/9) Qualité des indices de teneur en eau issus de la télédétection (par confrontation aux données in situ) Analyse de la dynamique temporelle d’un pixel (site n°3 des Alpes-Maritimes, été 2001, exemple de MODIS) Teneur en eau FMC indice GVMI 8 jours 16 jours 8 jours : différent de FMC 16 jours : lissage important Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Été 2001 et 35 sites (ONF, Inra, Cemagref) Mesure indirecte par télédétection à basse résolution (4/9) Qualité des indices de teneur en eau issus de la télédétection (par confrontation aux données in situ) Qualité des indices de teneur en eau issus de la télédétection (par confrontation aux données in situ) Analyse statistique sur un grand nombre de sites et de dates Été 2001 et 35 sites (ONF, Inra, Cemagref) fréquence capteur effectifs corrélation r² indice 1 jour MODIS 1325 0,30 SRWI 8 jours MODIS 283 0,25 GEMI 16 jours MODIS 162 0,29 SARVI2 10 jours VGT 239 0,20 NDII corrélations faibles (teneur en eau / indices satellitaires) explications possibles : données inadaptées (bandes, résolution spatiale…) corrections incomplètes (BRDF, atmosphère…) pas d’amélioration en utilisant des synthèses Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Été 2001 et 35 sites (ONF, Inra, Cemagref) Mesure indirecte par télédétection à basse résolution (5/9) Qualité des indices de teneur en eau issus de la télédétection (par confrontation aux données in situ) Analyse statistique sur un grand nombre de sites et de dates Été 2001 et 35 sites (ONF, Inra, Cemagref) fréquence capteur effectifs corrélation r² indice 1 jour MODIS 1325 0,30 SRWI 8 jours MODIS 283 0,25 GEMI 16 jours MODIS 162 0,29 SARVI2 10 jours VGT 239 0,20 NDII orbite : 26 j. Spot-VGT / 16 j. Terra-Modis si synthèse < orbite (1-8-10 jours)  manque de corrections (BRDF, atmosphère) si synthèse = orbite (16-26 jours)  période trop longue / délai de 6 jours des plantes Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Effets d’une amélioration des produits satellitaires Mesure indirecte par télédétection à basse résolution (6/9) Effets d’une amélioration des produits satellitaires VGT : depuis mai 2002, S10  D10 meilleures corrections radiométriques (normalisation directionnelle) MODIS : depuis juin 2003, niveau 3 provisoire  niveau 4 validé meilleures corrections atmosphériques meilleures corrections radiométriques (nouveau modèle BRDF) Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Effets d’une amélioration des produits satellitaires Mesure indirecte par télédétection à basse résolution (7/9) Effets d’une amélioration des produits satellitaires Nouveaux traitements MODIS 1 jour : modèle de BRDF de la NASA, utilisé sur les synthèses à 16 jours, et appliqué aux données journalières écart-type des valeurs de réflectance : -50% R et -66% PIR sans modèle de correction avec corrections radiométriques site chêne vert Hérault été 2003 Rouge PIR Réflectance Pour ce site, r² entre FMC et indice sat. passe de 37% à 74% (n=14) Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Mesure indirecte par télédétection à basse résolution (8/9) Perspectives : potentialité de cartographier les variations de la teneur en eau des massifs forestiers VGT-D10, été 2001 Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Télédétection : synthèse Mesure indirecte par télédétection à basse résolution (9/9) Télédétection : synthèse de manière générale, produits satellitaires Modis et VGT faiblement corrélés aux teneurs en eau de terrain manque encore de corrections pour les synthèses hebdomadaires évolution rapide des méthodes de correction : nouveaux produits VGT-D10, Modis niveau 4 réelles potentialités de la télédétection pour cartographier l’état hydrique de la végétation Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Plan de l’exposé Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique Mesure indirecte par spectroscopie proche infrarouge Mesure indirecte par télédétection à basse résolution Synthèse et Conclusion Perspectives Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Synthèse Métrologie de terrain Spectroscopie de feuilles Télédétection protocole de prélèvement optimisé identification des échelles spatiales et temporelles de variation de la teneur en eau de la végétation Spectroscopie de feuilles intérêt du MIR et des nouveaux capteurs satellitaires Télédétection nouveaux produits améliorés mais … … produits encore mal adaptés à l’objectif perturbations atmosphériques et radiométriques pour les produits hebdomadaires VGT et Modis Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Conclusion La cartographie de la teneur en eau de la végétation par télédétection constitue potentiellement un indicateur pertinent pour la prévention des feux de forêt, en complément des indicateurs opérationnels actuels (Météo-France + ONF) Nous avons développé des méthodes permettant d’optimiser la représentativité des relevés de terrain Les cartes de teneur en eau peuvent être utiles : en prévention pour les pompiers (surveillance des massifs où le risque d’éclosion est élevé) lors d’un sinistre, comme nouveau paramètre aux modèles de propagation du feu Les données de télédétection souffrent encore de limites techniques fortes en voie d’amélioration (cf. Perspectives) Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Plan de l’exposé Mesure directe et multi-échelle de l’état hydrique Mesure indirecte par spectroscopie proche infrarouge Mesure indirecte par télédétection à basse résolution Synthèse et Conclusion Perspectives Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Perspectives : couplage VGT 1 et 2 VGT 1 - 10h30 VGT 2 - 11h40 VGT 2 - 10h 21 juillet 2002 depuis juin 2002 : 2 capteurs VGT quasi identiques au même moment 2 à 3 angles d'observation différents pour un même site synthèses à 7 jours (Olivier Hagolle, CNES mai 2004) D10 : jusqu’à 10 observations par pixel H7 : jusqu’à 21 observations Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Perspectives : synthèses à 7 jours 3 sites = 3 pixels x 10 périodes corrélation entre « teneur en eau » et « indices satellitaires » D10 en 2001 : r2 = 21% (n=32) H7 en 2002 : r2 = 73% (n=29) massif des Maures Été 2002 Teneur en eau FMC indice GVMI Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Perspectives (3/4) Perspectives : potentialité de cartographier les variations de la teneur en eau des massifs forestiers VGT-H7, été 2002 faible fort 60 km site des Maures stress hydrique fort site de Montpellier stress hydrique moyen Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

intégration dans un SIG pour une gestion opérationnelle du risque Perspectives (4/4) Perspectives : potentialité de la télédétection pour prévenir le risque d’incendie de forêt Météo-France ONF faible fort 60 km Spot-VGT H7 (r² =73%) intégration dans un SIG pour une gestion opérationnelle du risque Contexte Objectif Mesure directe de l’état hydrique Spectroscopie proche infrarouge Télédétection à basse résolution Synthèse Perspectives

Maison de la Télédétection - Montpellier UMR 3S Cemagref-Engref Maison de la Télédétection - Montpellier Soutenance de Fabien Dauriac pour l’obtention du titre de Docteur de l’ENGREF spécialité Sciences de l’Eau Suivi multi-échelle par télédétection et spectroscopie de l’état hydrique de la végétation méditerranéenne pour la prévention du risque de feu de forêt Le 28 mai 2004 à Montpellier devant le jury suivant : Directeur de thèse C. Millier Rapporteurs A. Bégué et S. Jacquemoud Examinateurs P. Ceccato, M. Deshayes et H. Jeanjean Good afternoon everyone I am Fabien Dauriac from Cemagref. Thank you for choosing to come to this presentation. I present to you this project entitled « Foliage Moisture Content and Spectral Characteristics Using Near Infrared Reflectance Spectroscopy ». I think Luso is a good place to deal with moisture content. 3 French research teams are collaborating to this project: Cefe and Cemagref from Montpellier and Inra from Avignon. I am presenting here the first results.