Transcript Apport de la télédétection dans la caractérisation spectrale de la

Université des Sciences et de la Technologie d’Oran
Faculté de physique
Département de Génie physique
Laboratoire d’analyse et d’application des rayonnements
APPORT DE LA TÉLÉDÉTECTION DANS
LA CARACTÉRISATION SPECTRALE DE
LA DÉGRADATION DU SOL
Yagoub H.,
TEDD'14
Pr. Belbachir A. H., Pr. Benabadji. N.
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DÉFINITION
La dégradation peut se définir comme la réduction du
phénomène biologiste d’un écosystème, autrement dit,
une diminution de la quantité et de la capacité productive
des ressources en eau, sol, végétation et faune.
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CAUSES

L’érosion hydrique

L’érosion éolienne
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QUEL EST LE RÔLE DE LA VÉGÉTATION DANS LA
PROTECTION CONTRE LA DÉGRADATION ?
• Protéger le sol contre la chute des gouttes de pluie.
• Incrémenter le degré d’infiltration de l’eau dans le sol.
• Réduire la vitesse de l’eau courante de la pluie.
• Réduire la vitesse du vent au près des surfaces
• Relier le sol mécaniquement.
• Maintenir la rugosité de la surface du sol.
• Améliorer les propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol.
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QUEL EST LE RÔLE DE LA VÉGÉTATION DANS LA
PROTECTION CONTRE LA DÉGRADATION ?
Dégradation de la végétation
dégradation du sol
désertification dans les cas aggravés.
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QUEL EST LE RÔLE DE LA VÉGÉTATION DANS LA
PROTECTION CONTRE LA DÉGRADATION ?
• La sécheresse.
• Le surpâturage. La vitesse du vent au près des surfaces incrémente
avec l'incrémentation de l'intensité du pâturage à cause du changement
de la rugosité.
• La mauvaise irrigation appliquée qui conduit à la salinisation du sol.
• La sur-culturation du sol.
• Les feux de forêts.
• Etc….
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CARACTÉRISATION SPECTRALE DE LA
DÉGRADATION
• Images NOAA AVHRR journalières couvrant
le nord du Maghreb
• Images prises en Mars et Avril 2000,
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POURQUOI NOAA-AVHRR ?
• La couverture nuageuse ne permet pas une
acquisition régulière des données.
• Pouvoir estimer la température au sol par l’emploi
des canaux 4 et 5.
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CARACTÉRISATION SPECTRALE DE LA
DÉGRADATION
• Images
calibrées
en
réflectance
TOA
et
géoréférencées.
• Images non corrigées contre les effets perturbateurs de
l’atmosphère, car par la suite, nous avons utilisé des
techniques qui réduisent ces effets perturbateurs.
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TAUX DE RECOUVREMENT DU SOL PAR
LA VÉGÉTATION
L’indice de végétation par différence normalisée NDVI
𝑅2 − 𝑅1
𝑁𝐷𝑉𝐼 =
𝑅2 + 𝑅1
R1 : la réflectance dans le canal visible (canal 1).
R2 : la réflectance dans le canal proche infrarouge (canal 2).
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TAUX DE RECOUVREMENT DU SOL PAR
LA VÉGÉTATION
Fig. 1. Image NDVI du 19 Mars 2000
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LA SOLUTION ?
Maximum Value Composite (MVC)
Sélectionner les pixels ayant
le maximum de
valeurs pour réduire les effets des nuages.
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TAUX DE RECOUVREMENT DU SOL PAR
LA VÉGÉTATION
Le MVC élimine les effets de :
• Les changements de l'éclairement et des conditions de vue
dans une seule image et dans différentes images prises dans
des dates différentes.
• Couverture nuageuse.
• La variation du contenu de l'atmosphère (particulièrement les
variations dans la vapeur d'eau et les concentrations des
aérosols).
• Elle réduit le volume des données en résumant toutes les
images en une seule.
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TAUX DE RECOUVREMENT DU SOL PAR
LA VÉGÉTATION
Fig. 2. Image NDVI par l’algorithme MVC
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ALBÉDO
D’une autre part, le processus de dégradation peut se manifester
d’une autre forme, par l’augmentation du pouvoir de la surface à
réfléchir le rayonnement solaire (albédo), cela est dû par le faite
que l’albédo dépend de l’humidité de surface, la diminution de
celle-ci fait que la couleur du sol devient plus claire induisant ainsi
l’augmentation de l’albédo.
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ALBÉDO
α = 0.347 R1 + 0.650 R2 + 0.0746.
R1 et R2 sont les réflectances dans le visible et le
proche infrarouge respectivement
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ALBÉDO
Fig. 3. Image de l’albédo
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TEMPÉRATURE DE SURFACE
Les problèmes rudimentaires liés à l'estimation de la Ts par
télédétection sont l'élimination des perturbations causées par
l'intervention de l'atmosphère (essentiellement dues à la vapeur
d'eau) d'une part, et de la correction de l'émissivité d'une autre
part.
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RECOURS À LA MÉTHODE DE SPLIT
WINDOW
L'absorption de la vapeur d'eau peut être éliminée par des mesures simultanées
dans différentes longueurs d'onde à l'intérieur de la fenêtre atmosphérique 10.512.5 µm (région ou la transmittance de l'atmosphère est maximale). Cette
technique est dite 'Split Window'.
La méthode de Split Window permet de réduire l'erreur sur l'estimation de la
température de surface en corrigeant à la fois les effets perturbateurs de
l'atmosphère et les effets d'émissivité sur les données AVHRR.
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SPLIT WINDOW
Avantages :
• Pas besoin de profiles de la vapeur d'eau atmosphérique et de
température.
• Corrige les effets perturbateurs de l'atmosphère en se basant sur
la différence d'absorption dans des bandes thermiques adjacentes
plutôt qu'une seule bande ce qui est moins sensible à l'incertitude
dans les propriétés optiques de l'atmosphère.
• Simple à calculer contrairement aux modèles de transfert radiatif
qui sont difficilement effectuables en routine.
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SPLIT WINDOW
Fig. 4. Localisation spectrale des canaux 4 et 5 du capteur AVHRR
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SPLIT WINDOW
Méthode de McClain (1985)
Ts = 1.035T4 + 3.046 (T4 - T5) - 283.93 + 273 (K)
• T4 est la température de brillance du canal AVHRR4
• T5 est la température de brillance du canal AVHRR5
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SPLIT WINDOW
Fig. 5. Image de la Température de surface
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CARACTÉRISATION SPECTRALE DE LA DÉGRADATION
Images NOAA-AVHRR
Prétraitement
(Calibration, Géoréférencement)
Calcul du NDVI
Calcul de l'albédo
Calcul de la Ts
MVC
Combinaison NDVI-Albédo
Caractérisation de l'état de
surface
Combinaison Albédo-Ts
Caractérisation de l'état hydrique
Fig. 6. Les étapes suivies pour la caractérisation spectrale de la dégradation du sol.
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COMBINAISON NDVI-ALBÉDO
La combinaison NDVI-Albédo permet d’avoir une information
sur les niveaux de dégradation de surface. La représentation
dans un espace à deux dimensions entre l’albédo et l’indice
NDVI fournit un moyen utile pour la caractérisation de l’état de
l’occupation du sol. Les pixels sont sélectionnés à partir de
l’histogramme bidimensionnel.
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COMBINAISON NDVI-ALBÉDO
• NDVI élevé et albédo faible : zones à taux de recouvrement
végétal élevé.
• NDVI moyen et albédo moyen : zones à taux de recouvrement
végétal moyen.
• NDVI faible et albédo moyen ou NDVI moyen avec un albédo
élevé : zones critiques.
• Albédo élevé et NDVI faible : zones dégradées à comportement
désertique.
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COMBINAISON NDVI-ALBÉDO
Très bon état
Bon état
État critique
Zone dégradée
Zone très dégradée
Fig. 7. Carte des risques de la désertification élaborée à l’aide de la combinaison
NDVI-Albédo
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COMBINAISON ALBÉDO-TS
Zone critique
Tsmax
Régulation hydrique
Régulation radiative
Fig. 8. logique hydrique et logique radiative
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COMBINAISON ALBÉDO-TS
Zone très humide
Zone humide
Zone intermédiaire
Zone séche
Zone très séche
Fig.9 État hydrique par combinaison de Albédo-TS
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CONCLUSION
La présente étude a comme objectif la caractérisation spectrale de la dégradation
du sol, en exploitant les images issues du capteur AVHRR du satellite NOAA.
La représentation dans un espace à deux dimensions des indicateurs Albédo et
NDVI montre une bonne séparation entre les différentes zones qui se répartissent
en cinq régions selon leurs sensibilités à la dégradation.
D’une autre part, la séparation des zones selon leurs états hydriques a été réalisée
à l’aide de la relation Albédo-Température de surface. La représentation
bidimensionnelle des deux indicateurs a permis la séparation des zones selon
leurs états hydrique en cinq classes.
Dans la suite du travail, on vise à appliquer cette méthode pour des différentes
années pour effectuer un suivi interannuel de l’état de dégradation des sols.
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MERCI POUR VOTRE ATTENTION
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