Y (indices de teneur en eau) (Martens et Naes 1989) Elles permettent donc de réduire le
SD/SEP SEP/RME Param.
4.4.2. DIFFÉRENCES SPECTRALES INTER-ANNUELLES DU FEUILLAGE Le spectre moyen de toutes les espèces combinées est sensiblement différent d’une année sur
l’autre. Pendant l’été 2001, l’absorbance mesurée est plus basse pour toutes les longueurs d’onde comparée à celle de l’été 2002. Les composants biochimiques des feuilles ont donc changé entre les deux années. La raison peut être les différences de conditions climatiques et de réserve en eau du sol entre 2001 et 2002, mais ce changement peut aussi être dû aux conditions climatiques avant la période estivale déterminantes pour la croissance des plantes et les processus phénologiques et biochimiques associés. Il est désormais bien établi que les caractéristiques spectrales du feuillage suivent si bien les stades phénologiques des feuilles qu’il est possible de calibrer l’âge des feuilles par spectroscopie proche infrarouge (Meuret et al., 1993). De ce fait, tout modèle d’étalonnage réalisé à partir des données d’une année permet de prédire avec précision l’indice FMC d’autres échantillons de cette même année mais est mal adapté pour prédire l’indice FMC d’échantillons d’autres années.
A l’opposé, le modèle créé à partir des données de deux années prend en compte les différences spectrales inter-annuelles et surtout sélectionne les couples « FMC – spectre lié » communs à tous les échantillons des deux années. Ce modèle permet ensuite de prédire avec une bonne précision l’indice FMC des échantillons de chaque année.
4.4.3.
PERSPECTIVES
Plusieurs études (Lawlor et Cornic, 2002) ont montré que les plantes, subissant un stress hydrique, mettent en place des ajustements métaboliques pour maintenir une turgescence positive, tandis que leur contenu en eau (cellulaire et foliaire) diminue. Cet ajustement osmotique implique en général une augmentation active du nombre de molécules solubles dans la cellule. Nous avons vu que pour huit espèces étudiées la même information spectrale est reliée aux mêmes niveaux de FMC. Cela signifie que plusieurs molécules solubles, impliquées dans les ajustements osmotiques, sont présentes dans toutes les espèces suivies. Les sucres et les acides aminés sont les principaux constituants de la régulation osmotique foliaire pour beaucoup d’espèces. Les variations de teneurs en sucres et en acides aminés sont également liées aux variations en potassium (Morgan, 1984).
D’autres investigations sont donc nécessaires pour identifier pour plusieurs espèces les composés chimiques impliqués dans les modifications spectrales des feuilles, en lien avec leur état hydrique.
Nous espérons aussi que le modèle de spectroscopie proche infrarouge, réalisé pour deux années contrastées, pourra permettre de prédire l’état hydrique des feuilles d’une année avec des conditions climatiques intermédiaires à 2001 et 2002. Pour obtenir une nouvelle équation d’étalonnage précise pour chaque nouvelle année, il sera nécessaire de réintroduire de nouveaux échantillons (spectres et FMC de référence) dans le jeu d’étalonnage afin de réaliser un nouveau modèle.
5. SYNTHÈSE
Après avoir défini dans les premières parties du chapitre la technique de spectroscopie proche infrarouge et les méthodes de traitements des spectres (chimiométrie), nous avons présenté deux protocoles de suivi de l’état hydrique des feuilles (Tableau 38).
Tableau 38. Caractéristiques des deux protocoles pour estimer la teneur en eau par spectroscopie proche infrarouge
Critères Protocole 1 : spectroscopie feuilles fraîches Protocole 2 : spectroscopie feuilles sèches
Type d’échantillon la feuille le mélange d’environ 20 grammes de feuilles Conditionnement feuille vivante prélevée juste avant la mesure feuilles séchées et broyées finement
Campagne Été 2002 Étés 2001 et 2002
Nombre d’espèces 3 : AU, QC et QI 8 : AU, CA, EA, JO, QC, QI, QP et SJ
Effectif total 294 864
Indice d’état hydrique FMC et EWT FMC seulement
Chimiométrie MLR meilleure PLS meilleure
Meilleur modèle global r2 = 90% étalonnage r2 = 92% étalonnage et 89% validation
La première étude a consisté à mesurer le rayonnement réfléchi, par la surface de feuilles fraîches, au moyen d’un spectroradiomètre couplé à une sphère d’intégration. Chaque feuille prélevée sur le terrain présente des niveaux de stress hydrique différents (indices FMC et EWT calculés).
La seconde étude a porté sur les feuilles de huit espèces méditerranéennes prélevées pendant deux étés, présentant des conditions hydriques variables. Les échantillons sont composés d’une poudre de feuilles séchées et broyées. On mesure la réflectance de cette poudre par un spectroradiomètre et on recherche le meilleur modèle reliant le spectre et la teneur en eau initiale de l’échantillon (indice FMC calculé).
Dans les deux cas, la spectroscopie permet de prédire l’état hydrique des feuilles de manière précise. Le premier protocole est moins destructif que le second ; les modèles développés pour ce dernier sont plus robustes (créés pour deux étés très différents et indépendamment des huit espèces).
Afin de compléter notre étude sur le comportement spectral des feuilles en condition de stress hydrique, nous décidons d’utiliser les échantillons du premier protocole (294 feuilles de 3 espèces) et de leur faire subir le second protocole.
Les échantillons sont composés de poudre homogène de feuilles séchées et broyées. Cette poudre est recueillie dans des petites cellules cylindriques hermétiques, elles-même scannées au spectroradiomètre NIRSystem 6500. Une quantité minimale de poudre est nécessaire pour remplir chaque cellule, correspondant à plusieurs feuilles (de 3 à 8 selon l’espèce). On ne peut donc pas utiliser une seule feuille par cellule !
Un premier travail consiste donc à regrouper les 294 feuilles initiales, par espèce et par teneur en eau EWT équivalentes (Tableau 39).
Tableau 39. Échantillons servant à la nouvelle étude Espèce Nombre initial de feuilles groupes de feuilles Nombre final de
AU 97 34
QC 99 13
QI 98 30
Toutes 294 77
Pour chaque nouveau groupe, nous recalculons les indices EWT et FMC, à savoir la moyenne des EWT et FMC individuels (Tableau 40).
Tableau 40. Description des échantillons initiaux (avant) et regroupés (après) (EWT en 10-4 g.cm-2)
Effectif Amplitude EWT Moyenne EWT Écart-type EWT Espèce
avant après avant après avant après avant après
AU 97 34 143 - 200 145 - 198 170,8 172,1 12,7 12,5
QC 99 13 78-133 81-124 99,0 100,1 11,3 11,8
QI 98 30 91-155 93-153 123,1 126,3 16,5 16,6
Toutes 294 77 78 - 200 81 - 198 130,6 142,1 32,8 31,6
La chimiométrie des données est réalisée avec le logiciel WinISI et le meilleur modèle d’étalonnage par régression PLS est construit pour les trois espèces confondues. Le modèle créé pour les 77 groupes de feuilles est très précis : r2 de 97%, SEC de 4%, SECV de 6% et SD/SECV de 5,3. Les valeurs prédites et estimées par le modèle s’ajustent quasiment sur une droite (Figure 61).
Figure 61.Indice EWT mesuré et prédit par le modèle d’étalonnage PLS
Il apparaît clairement que la méthode de spectroscopie des feuilles sèches est plus précise que celle des feuilles fraîches pour le paramètre suivi.
Dans ce chapitre, les travaux de recherche ont porté sur des échantillons de feuilles dissociés des individus et encore plus du peuplement. Dans le prochain chapitre, nous changeons d’échelle d’observation à l’aide d’images de télédétection à haute résolution, à partir desquelles on estimera l’état hydrique du couvert.
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« Ce qu’on voulait faire, c’est en le faisant qu’on le découvre »
Nous avons vu dans les chapitres précédents comment le risque de feu de forêt était prédit et de quelle manière, à la fois sur le terrain et en laboratoire, on pouvait mesurer et estimer l’état hydrique des plantes.
A présent, nous allons nous éloigner un peu du terrain et des sujets analysés -la végétation en l’occurrence- pour les observer à distance. Cette technique est appelée la télédétection. Selon la précision avec laquelle on peut examiner des objets de plus en plus petits, on parle de télédétection :
à basse résolution spatiale (BRS) (supérieure à 100 mètres), à haute résolution spatiale (HRS) (entre 10 et 100 mètres),
et à très haute résolution spatiale (THRS) (inférieure à 10 mètres).
Les trois domaines ont été étudiés dans le cadre de cette thèse à travers plusieurs sources de données :
BRS : images des capteurs NOAA-AVHRR, TERRA-MODIS et SPOT-VEGETATION (résolution de 500 à 1000 mètres) ;
HRS : images du capteur SPOT-HRVIR (résolution de 20 mètres) ;
THRS : images aériennes d’avion et de drone télécommandé (résolution de 5 à 50 centimètres).
Dans ce chapitre, nous comparons les mesures de terrain (présentées au chapitre 2) aux images du satellite SPOT-HRVIR d’une résolution de 20 mètres. Après une rapide présentation du contexte, nous précisons l’intérêt des images HRS pour le suivi de l’état hydrique de la végétation. Un dernier protocole permet ensuite d’identifier la résolution spatiale réelle du pixel SPOT-HRVIR pour notre site d’étude.