Estimation du LAI et de la hauteur des cultures pluviales d’hiver

Cas du LAI

Dans le cas de la culture de colza, les meilleures résultats sont obtenus en utilisant le rapport entre les polarisations HV et HH, en bande C (Figure 90a). Avec un coefficient de détermination de 0,69 (et une erreur relative sur le LAI de 15%), ce ratio permet d’estimer le LAI jusqu’à ses valeurs maximales (proches de 3,8 m².m^-2). Sur cette culture, le développement de la végétation s’accompagne d’une augmentation des valeurs des coefficients de rétrodiffusion. A l’inverse sur la culture de blé, la bande X (polarisation HH) présente une forte décroissance durant la période végétative (Figure 90b). La sensibilité observée est proche de 2,6 dB, lorsque le

LAI augmente d’une unité. Cette décroissance quasi-linéaire, permet une estimation du LAI jusqu’aux valeurs maximales (proches de 4,4 m².m^-2), avec les performances statistiques suivantes : R² = 0,64 et rRMSE = 26%.

Figure 90 : Relations empiriques entre l’indice foliaire du colza a) et du blé b), et les coefficients de rétrodiffusion, σ⁰C-HV/HH

et σ⁰X-HH respectivement.

La Figure 91 présente un bilan des performances des données multi-fréquences pour le suivi du LAI, concernant les cultures pluviales d’hiver. Les valeurs maximales de hauteur (observées durant les acquisitions satellites) sont notées en noir sur la figure du haut. Les hauteurs maximales détectables sont notées en gris pour chaque configuration satellite. Pour chaque relation, deux indicateurs statistiques sont présentés, à savoir le coefficient de détermination et l’erreur quadratique moyenne relative. Ils sont respectivement représentés par des bandes grises, et des points noirs. (Dans la représentation graphique suivante, les relations dont l’erreur quadratique moyenne relative est trop importante sont artificiellement limitées à 100%).

Dans le cas du colza (Figure 91a), les relations empiriques présentent des coefficients de détermination compris entre 0,35 et 0,70, avec des erreurs relatives inférieures à 15% (excepté dans le cas du rapport de co-polarisation, en bande C). Les meilleurs résultats sont obtenus par les relations basées sur les rapports combinant cross- et co-polarisations en bande C, suivis des bandes L et X. Les coefficients de détermination sont alors supérieurs à 0,50, et la saturation des coefficients de rétrodiffusion est observée une fois la valeur maximale de

LAI atteinte.

Les résultats sont plus contrastés concernant le blé (Figure 91b). Les coefficients de détermination sont compris entre 0,10 et 0,64 ; ils sont associés à des erreurs relatives allant de 8 à 62%. Seules les relations basées sur les coefficients de rétrodiffusion acquis en bande X, avec la polarisation HH, et en bande C, avec la

135 polarisation VV présentent des résultats acceptables. Les coefficients de déterminations sont alors voisins de 0,60, avec des erreurs inférieures à 20%.

Figure 91 : Bilan des performances statistiques associées aux relations empiriques entre le LAI du colza a) et du blé b), et les signaux satellites. Les valeurs maximales d’indice foliaire, ainsi que le niveau de saturation, sont indiqués au-dessus des indicateurs statistiques, en noir et gris respectivement.

Cas de la hauteur

La Figure 92 présente les relations obtenues entre la hauteur du colza, et les signaux satellites optique et radar. Avec un R² égal de 0,91 et une RMSE sur l’estimation de la hauteur de 29 cm, la relation basée sur le

NDVI offre de meilleures performances statistiques que celle prenant en compte les coefficients de rétrodiffusion. Néanmoins, ces performances sont obtenues pour des valeurs de hauteur inférieures aux valeurs maximales observées (130 cm contre 200 cm). En outre, la dispersion des valeurs de NDVI est importante lorsque les valeurs de hauteur n’excèdent pas 1 mètre, puis elles saturent au-delà d’une hauteur de 90 cm environ (Figure 92a). Le ratio entre les polarisations HV et HH en bande C offre des performances acceptables pour l’estimation de la hauteur, avec un R² de 0,76 et une erreur de 37 cm. La relation entre les signaux radar et le paramètre de végétation est quasi-linéaire, avec une sensibilité voisine de 0.02 dB par cm, pour des valeurs de hauteur allant de 20 à 200 cm.

Figure 92 : Relations empiriques entre la hauteur du colza et les signaux satellites, NDVI a) et σ⁰C-HV/HH b).

a) b)

136 Dans le cas du blé, les meilleures relations sont obtenues entre la hauteur, et le NDVI ou les coefficients de rétrodiffusion acquis en bande X (Figure 93). Les deux relations présentent une importante dispersion, et des coefficients de détermination similaires (0,76 contre 0,77). Les dynamiques observées dans les domaines optiques et micro-ondes sont opposées. Les valeurs de NDVI augmentent avec la hauteur, alors qu’elles diminuent en bande X (due à l’absorption dans le couvert). Dans le cas du NDVI, la relation sature pour des valeurs de hauteur supérieures à 40 cm. L’estimation de la hauteur est associée à une erreur de 17 cm. Cette erreur est moins importante (10 cm), en considérant les données micro-ondes. En outre, la relation linéaire permet une estimation du paramètre jusqu’à 65 cm, avec une sensibilité marquée de 0,13 dB par cm.

Figure 93 : Relations empiriques entre la hauteur du blé et les signaux satellites, NDVI a) et σ⁰_X-HH b).

Comme précédemment dans le cas du LAI, la Figure 94 présente un bilan des performances des données multi-fréquences pour le suivi de la hauteur des cultures pluviales d’hiver.

Concernant le colza (Figure 94a), les relations basées sur les coefficients de rétrodiffusion permettent une estimation de la hauteur, jusqu’aux valeurs maximales. A l’inverse, la relation s’appuyant sur le NDVI sature à des valeurs inférieures, proche de 130 cm. Cette dernière présente toutefois de meilleures performances statistiques, avec un coefficient de détermination de 0,91 et une erreur relative inférieure à 5%. Dans le cas des données micro-ondes, les rapports faisant intervenir cross- et co-polarisations en bande C présentent des coefficients de détermination maximum (0,76), proches des résultats obtenus avec la bande L (0,74). Les coefficients de rétrodiffusion acquis en bande X (avec la polarisation HH), et en bande C (avec la polarisation

VV) sont également acceptables, avec des valeurs de R² excédant 0,55. Les erreurs associées à ces différentes relations sont inférieures à 15%.

Dans le cas du blé (Figure 94b), les relations basées sur les coefficients de rétrodiffusion acquis en bande X (avec la polarisation HH), et celles s’appuyant sur le NDVI présentent des performances statistiques proches. En bande C, les résultats obtenus avec la polarisation VV et le rapport de polarisation VH/VV présentent également des performances acceptables, avec des coefficients de détermination supérieurs à 0,6 et des erreurs inférieures à 20%. Concernant les autres configurations, les résultats sont médiocres, avec des coefficients de rétrodiffusion inférieurs à 0,5, ou des erreurs importantes.

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Figure 94 : Bilan des performances statistiques associées aux relations empiriques entre la hauteur du colza a) et du blé b), et les signaux satellites. Les valeurs maximales de hauteur, ainsi que le niveau de saturation, sont indiqués au-dessus des indicateurs statistiques, en noir et gris respectivement.

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