Quelle est donc la démarche à suivre afin de dévoiler le potentiel de l'information du domaine réflectif à très haute résolution spatiale, de manière à remplir au mieux les exigences diverses définies par nos objectifs ?
La réponse à cette question relève d'une part des connaissances sur les états de surface décrites précédemment et des caractéristiques du milieu viticole, et d'autre part de l'état de l'art des techniques de télédétection et de traitement d'image. La description de la démarche donne l'esquisse de cette réponse, qui sera développé au cours de cette thèse.
Selon les objectifs de l'étude, l'information télédétectée à très haute résolution spatiale utilisée dans le cadre de ce travail doit nous permettre de :
1. renseigner le parcellaire existant ;
2. à l'échelle de la surface étendue d'un bassin versant de quelques milliers d'hectares ; 3. dont la majorité de la surface est cultivée en vigne ;
4. et dont la composition physique (climat, pédologie/géologie et morphologie) permet de supposer que les concepts de comportement hydrologique comme établis sur le site de Roujan y sont valides (Andrieux et al., 1993 ; Gaddas, 1997 ; Léonard & Andrieux, 1998 ; Louchart, 1999) ; 5. de façon répétitive et rapide ;
6. sur l'état des variables de l'état de la surface du sol dans l'ordre préférentiel défini (§ 2.1.5). On procédera d'abord à la délimitation d'une région correspondant aux exigences formulées ci-dessus. Dans la plaine côtière viticole on s'intéressera à un bassin versant de quelques milliers d'hectares qui fait l'objet d'un suivi hydrologique et d'une future modélisation hydrologique (Moussa et al., 2000). À l'intérieur de cette zone, l'information télédétectée sera acquise sur un sous-ensemble de sites de taille et en nombre suffisants pour couvrir la variabilité du milieu physique et cultural. Un certain nombre de prises de vues est effectué sur ces sites, afin de suivre l'évolution du milieu et évaluer la robustesse des méthodes développées dans cette étude.
Le pré-requis fondamental de l'approche de télédétection choisie est que la localisation des parcelles est connue, et numériquement disponible, grâce au cadastre. Pour analyser l'occupation d'une parcelle et son état de surface on se servira de l'ensemble de l'information contenue à l'intérieur des limites connues. On pose donc l'hypothèse, que toute l'information à l'intérieur des limites d'une parcelle concerne uniquement la culture, soit le sol soumis à la pratique culturale, d'une seule parcelle agricole. Il s'agit donc d'une approche par parcelle conduite non pas dans un but de segmentation (Kettig & Landgrebe, 1976 ; Jansen & Molenaar, 1995 ; Curran, 1999), mais dans le but de stratifier (Mason et
al., 1988). Smith et al. (1997) ont confirmé le potentiel d'une telle approche en utilisant de simples
statistiques. Cette approche permet également l'utilisation du contexte spatial à l'intérieur de la parcelle comme proposée par Hinton (1996) et Wilkinson (1996).
Au regard de l'état de l'art (§ 1.4.3.2), notre objectif de reconnaissance d'un ensemble de variables paraît ambitieux. L'approche originale suivie doit nous permettre d'évaluer le potentiel de l'information choisie. Il s'agit d'une approche itérative : on réutilisera à plusieurs reprises les mêmes données pour en extraire différentes informations. Ainsi progressivement nous simplifierons par élimination notre milieu et nous réduirons le nombre d'objets que nous pouvons y rencontrer et distinguer.
À partir de l'information brute mesurée, on peut reconnaître trois étapes majeures dans la chaîne de traitements (figure 2.8) :
1. Étape I
Tout d'abord, on s'intéresse à l'analyse de l'occupation du sol, c'est à dire que l'on cherche à identifier les parcelles cultivées en vigne. L'analyse par parcelle des images fournit une description unique de chaque parcelle permettant sa classification.
Les parcelles non cultivées en vigne ne sont pas prises en compte dans cette étude. Leur occupation du sol peut généralement être identifiée par des approches conventionnelles. L'objectif principal de cette étape est donc d'identifier les parcelles auxquelles ont doit s'intéresser par la suite ; les parcelles cultivées en vigne. Un objectif secondaire est de fournir une description des aspects de la structure de leur plantation ayant un intérêt hydrologique.
Figure 2.8 Étapes de la démarche générale d'analyse
Étape I
Étape II
Étape III
la parcelle dans son environnement l’interrang éclairé
dans la parcelle
l’élément de résolution dans l’interrang
L'échelle spatiale concernée dans cette étape est celle de la parcelle dans le paysage. Mais on s'intéresse à l'analyse du motif spatial dans la parcelle, ce qui exige une résolution spatiale nettement inférieure à la taille de l'élément de base de ce motif (Woodcock & Strahler, 1987), le cep de vigne. Un modèle de reconnaissance de parcelles en vigne est ajusté sur un des sites d'étude (§ 3.1.3) et validé sur des observations réalisées à deux dates différentes ou plus sur l'ensemble des sites.
2. Étape II
Une méthode robuste est ensuite développée pour extraire de l'ensemble de la parcelle, composée des trois objets pied de vigne, ombre portée et sol éclairé (figure 2.9), la partie correspondant à la surface du sol éclairée. La démarche que nous avons adoptée repose sur une approche spatiale et est basée sur une connaissance d'expert à priori de la taille et de l'espacement des objets. On s'attend à ce que ces critères
spatiaux soient plus robustes et discriminants que des critères basés sur la radiométrie absolue.
L'objectif principal de cette deuxième étape est de fournir les entrées nécessaires à la caractérisation des états de surface décrite dans la troisième partie : extraire la partie de la parcelle éclairée et non couverte par la vigne, de façon entièrement indépendante de l'état de surface pour ensuite pouvoir s'intéresser à la radiométrie de cette surface. Nous supposons que les états de surface du sol éclairé d'une parcelle sont représentatif de l'ensemble des états de surface rencontrés dans les parties ombragées et éclairées de la parcelle donnée. L'objectif secondaire est de pouvoir estimer le recouvrement de la surface par la végétation de la vigne, ce qui constitue une des variables recherchées de l'état de surface.
L'échelle spatiale est celle du cep ou rang de vignes dans la parcelle. Les exigences au niveau de la résolution spatiale sont les mêmes que pour l'étape 1.
La méthode de segmentation est validée par comparaison à une segmentation par digitalisation manuelle à l'écran, à l'aide d'imagettes à une résolution spatiale de quelques centimètres représentant un ensemble de situations différentes.
3. Étape III
L'analyse de l'état de surface de la parcelle est enfin réalisée par le biais de trois sous-étapes : d'abord on classe spectralement chaque pixel en comparant sa radiométrie à des gammes radiométriques bidirectionnelles préétablies pour les différents types de surface. On redescend ensuite l'échelle spatiale pour retourner au niveau initial : on s'intéresse à l'échelle intermédiaire entre le pixel et la parcelle caractéristique de l'interrang, pour reconnaître la présence d'interrangs non-soumis à la pratique culturale générale de la parcelle ; on intègre finalement les informations obtenues, par le biais d'un modèle intégrant une connaissance experte sur la distribution de ces types de surfaces, et obtenir ainsi une synthèse au niveau de la parcelle.
Différents objets de l'état de surface sont d'une taille souvent trop petite pour pouvoir être détectés directement à des résolutions spatiales "raisonnables", i.e. plus qu'une dizaine de centimètres. On Figure 2.9 Schéma d'une vue orthogonale d'une parcelle de vigne en gobelet (gauche) et palissée (droite), mettant en évidence les trois objets constituant l'image de la parcelle : le pied de vigne et sa végétation, la surface du sol ombragée, et la surface du sol éclairée. L'azimut du soleil est situé au sud-ouest.
s'intéresse donc dans cette étape donc à l'échelle la plus détaillée, imposé par la taille du pixel, pour remonter ensuite au niveau de la parcelle.
La sensibilité de la première sous-étape est analysée par rapport aux différentes sources d'erreur. La deuxième sous-étape est calibrée sur trois parcelles exemples et validée sur l'ensemble des observations présenté dans ce travail. La synthèse au niveau de la parcelle est basé sur un modèle expert, mais quelques réglages sont effectués par ajustement sur une prise de vue d'un site, puis validée par application à d'autres prises de vues et sites.
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ARTIE
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L'EXPÉRIMENTATION
3 L'
EXPÉRIMENTATION SUR LA VALLÉE DEL
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3.1 Milieu d'étude ... 53