Bien que devant encore être considérés comme préliminaires, les résultats obtenus sont très encourageants. Des améliorations sont largement possibles.
Au niveau de la description de la macrostructure, un seul modèle de peuplement a été testé et aucune analyse de sensibilité sur la répartition spatiale des dimensions d’arbre n’a été faite. En particulier, les relations spatiales entre arbres, associées à leur concurrence sur la croissance durant les années passées sont basées sur un rapport d’homothétie manquant sans doute de réalisme. On pourrait ainsi imaginer de les piloter également, d’un point de vue plus biologique, via le diamètre des troncs. On pourrait également par la suite tester de façon explicite l’effet de la macrostructure réelle à partir de mesures détaillées sur la localisation des arbres et leurs dimensions sur un petit secteur de 40m sur 40m faites en 1998 (Guyon et al., 2003).
La microstructure a été prise en compte au travers de la description du feuillage des houppiers par des cylindres. L’hypothèse consistant à assimiler des amas d’aiguilles à des cylindres opaques est très forte et contraignante. Elle affecte sans doute le dimensionnement de ces cylindres par comparaison avec les mesures de fréquence de trouées qui elles sont sensibles en parties à l’existence de trouées secondaires dans les amas. Par ailleurs le positionnement des cylindres à l’extrémité des ramifications des branches principales conduit à exagérer la hauteur des éléments de végétation, qui a un rôle important sur le hot-spot. D’autres modes de positionnement plus réalistes seraient à tester.
Figure 3.32 : Comparaison de l’anisotropie dans le plan principal entre des mesures aéroportées quasi-instantanée et leur simulation.
Pour affiner le rôle de la microstructure dans les processus de transfert radiatif, une correction de hot-spot a été introduite. Le recours au terme de correction du hot-spot selon l’approche paramétrique de Roujean, qui suppose la distribution des aiguilles dans les cylindres homogène a permis de mieux intégrer les variations bidirectionnelles de l’interception du rayonnement dans les cylindres. Il a un effet drastique sur la répartition des éléments de houppier entre situation éclairée et situation ombragée. La non prise en compte de l’agrégation des aiguilles en pousses ne paraît pas critique, sans doute, comme le suggère Roujean (2000), en raison de la faible taille de ces agrégats par rapport à la hauteur des arbres. On n’a aucun moyen de vérifier la réalité du forçage ainsi opéré des transferts radiatifs dans les cylindres. Mais du fait du faible écart de température entre ces 2 situations, une méconnaissance du LAI, de son agrégation dans le cylindre et du taux de couvert a vraisemblablement une faible incidence sur les variations directionnelles de l’indicateur d’anisotropie utilisé (écart de la température à la visée verticale).
On notera cependant la difficulté de calibrer séparément le modèle de macrostructure (structure du peuplement), le modèle d’arbre (la description en cylindres) et la microstucure (paramétrisation du hot-spot) qui n’interviennent pas de manière indépendante.
Pour la suite il paraît indispensable, afin de la valider plus complètement et d’en évaluer la robustesse de tester la méthode sur des peuplements d’âge différent pour lesquels des données sont disponibles (cf. Lagouarde et al., 2000) entre lesquels existe une grande variabilité de la taille du hot-spot. Cela nécessitera peut-être de rendre générique la paramétrisation de la maquette 3D du peuplement. Une tentative a déjà été faite dans ce sens sur la base d’une modélisation détaillée réaliste du peuplement avec AMAPsim, noyau de simulation du développement architectural d'une plante de l’équipe AMAP du Cirad (Rey et al., 1998). Mais cette piste, explorée avec cette équipe, a été abandonnée, car trop complexe pour être pleinement traitée au cours de la présente étude.
En résumé, notre approche présente le point fort qu’elle peut être en quelque sorte vue comme une extension des sorties de MuSICA permettant de simuler directement l’anisotropie directionnelle et son évolution dans le temps indépendamment de toute observation de télédétection et de températures des éléments végétaux au sol. Elle constitue en ce sens un bon outil pour interpréter les données de télédétection en temps réel en même temps qu’un bon outil d’étude prospective pour de futurs capteurs. En revanche, parce que le modèle analytique MuSICA considère le milieu végétal comme un milieu turbide multicouche décrit de manière stochastique, le principal point faible de notre méthode réside dans l’a priori consistant à forcer tout le caractère directionnel à l’aide d’une maquette 3D combinée avec une fonction de hot-spot.
Chapitre 4
MODELISATION DE L’ANISOTROPIE DIRECTIONNELLE
URBAINE IRT EN CONDITIONS DIURNES
4.1
Principe de la modélisation
La modélisation est basée sur l’utilisation du modèle SOLENE qui sera décrit ci- dessous (§ 4.4.1). Ce modèle permet de générer des champs de température de surface et de flux sur une canopée décrite par une maquette géométrique 3D en résolvant une équation de bilan d’énergie sur chacune de ses facettes. Une méthode directe d’obtenir les températures directionnelles de brillance Tb(θv, ϕv) pourrait consister à agréger dans une direction donnée
l’ensemble des luminances simulées sur la scène. Bien qu’attrayante, cette méthode se heurte cependant rapidement à des temps de calcul élevés en rapport avec la taille de l’échantillon urbain étudié, et n’est pas adaptée à des zones de grandes dimensions. Une simplification de la méthode consiste à réduire la canopée urbaine à 6 composantes, les toitures, murs et sol exposés au soleil et à l’ombre. Chacune de ces 6 composantes (ou classes) présente une variabilité directionnelle tant en température qu’en fraction d’occupation de la scène. La température directionnelle qui en résulte est donnée par la relation (22), § 2.2.1. Il en résulte, la température directionnelle.
Les fractions d’occupation de chaque classe sont calculées à partir d’images générées par le logiciel POV-ray en s’appuyant sur la maquette 3D réelle de la canopée documentée à partir d’une base de données urbaine. Les détails en seront donnés au § 4.3.
Pour ce qui est du calcul des températures directionnelles de chaque classe, l’hypothèse est d’abord faite que les rues du centre-ville présentent une répartition uniforme des directions et que la ville peut se réduire à un ensemble de 18 ‘rues-canyon’ identiques mais orientées de 0 à 180° par pas de 10°. La répétition de simulations de SOLENE pour chacune de ces 18 rues, puis l’agrégation des températures ainsi simulées et validées par rapport à des mesures de contrôle au sol permet de produire des températures directionnelles par classe. Ces dernières sont ensuite pondérées par les fractions directionnelles obtenues à l’étape précédente pour générer les températures directionnelles de brillance recherchées et in fine l’anisotropie directionnelle. Le protocole en est décrit au paragraphe 4.4.4. Les résultats sont présentés au paragraphe 4.6 : une comparaison avec les mesures aéroportées est proposée et est suivie d’une analyse critique.
Les données nécessaires à l’exercice de modélisation sont tout d’abord présentées au paragraphe suivant.