Les indies de végétation

Les réetanes mesuréesdiretementparunapteur dansdiérentes bandesspetrales

orent des informations redondantes pour l'analyse de la végétation. Les indies de végétation

proposent des ombinaisons (linéaires ou non) des réetanes mesurées dans plusieurs bandes

spetrales, en partiulier dans les bandes rouge (R) et prohe infrarouge (PIR), iblées pour la

aratérisationduouvertvégétal. Ilspermettent de réduireles eetsdesonditions d'aquisition

(élairementsolaire,propriétésoptiquesdusol,et)parrapportàlavaleurradiométriqueobservée.

La littératureproposede nombreux indies spéiqueset sensibles aux aratéristiques du sol et,

plus oumoins, aux onditions atmosphériques.

Unindiedevégétationestonstruitdansl'objetifderéduirelesmesuresmultispetrales

àuneseulevaleurinformativepourlapréditionetl'évaluationdearatéristiquesdevégétation.Il

existediérentesformulesd'indiesdevégétation,généralementempiriques.Engénéral,esindies

orrespondent à la ombinaison des mesures aquises dans le anal rouge (R), ondes absorbées

parlahlorophyllepourlaphotosynthèse, etdansleproheinfrarouge(PIR),ondes rééhiespar

la surfaedesfeuilles.

L'indie de végétation le plus anien est le RVI (Ratio Vegetation Index), introduit

par[Pearson etMiller, 1972 ℄.Il est dénipar

RVI

=

^PIR

R

,

où PIR représentelaréetanedanslabandeproheinfrarouge etRorrespondàlaréetane

dans la bande rouge (visible). Lorsquela surfae de végétation verte augmente, le dénominateur

diminue et le numérateur augmente. Cet indie varie globalement de

1

^{pour les sols nus à plus}

de

20

^{pour lavégétation dense (f.[Knipling, 1970℄). Cetindie permetd'aentuer le ontraste}

entre lavégétationetlesol,ilest peuaetéparlesonditions d'illumination.Enrevanhe, ilest

sensible aux eetsatmosphériques ettrèspeu sensibleaux faibles tauxde ouverture. Engénéral,

il sembledonpluttadapté àlavégétationdense.

D'autres indies ont été proposés dans la littérature, fondés sur la diérene entre les

réetanesobtenuesdanslesbandesPIRetRandeompenserlesdiérentseetsdelalumière

entrante. Ilssontsouvent normalisésde manièreàfournirunindie omprisentre

0

^et

1

^.

L'indie le plus ourament utilisé pour l'imagerie satellite est le NDVI (Normalized

Dierene Vegetation Index), lié à la fration du rayonnement atif pour la photosynthèse et

don à la produtivité et à la biomasse de la végétation. Cet indie a été introduit en 1973

par [Rouse etal.,1973 ℄ pour identier rapidement et simplement les surfaes végétales. Depuis,

divers travaux justient expérimentalement son utilisation dans diérents as d'appliation. En

partiulier,[Vignolles,1996 ℄ étudieson eaitépour les appliationsagrioles.Il est déni par

NDVI

=

^PIR

−

^R

PIR

+

^R

.

Le NDVI vaut,typiquement,0.1pourles solsnus et0.9pourlavégétationdense.Il estonsidéré

omme plus sensible aux faibles niveaux de végétation qu'à la végétation dense, ontrairement

au RVI quiest plussensible aux variations de lavégétation lorsqu'elle est dense. En revanhe, le

NDVIestsensible,ommeleRVI,auxonditionsd'illuminationpourlesfaiblesdensitésdeouvert,

aux eets atmosphériques et à l'angle de visée. Cependant, il est très utilisé en télédétetion et

souvent onsidéré omme pertinent pour aratériser les diérents types de végétation, grâe à

son évolution temporelle. En eet, l'évolution de e type d'indie de végétation orrespond au

développementphénologique desespèesvégétales observées.

Ce type d'indie est onstruit de manière à obtenir de fortes valeurs pour les surfaes

de plantes vertes. En eet, lahlorophylle (pigment vert) absorbe le rayonnement inident de la

partie visible du spetre alors que la struture des feuilles et la teneur en eau onduisent à de

fortes valeurs de réetane dans la bande PIR. De nombreux dérivés ou alternatives au NDVI

ont été proposés dans lalittérature pour outrepasserses limites,en partiulieren tenant ompte

de propriétés géologiquesdes solspourréer unindie orrigé deseets dûs autype de sol. Plus

préisément, la droite des sols orrespond à une représentationdu sol dans le plan (R,PIR). La

Indie Abréviation Formule

[Rihardsonet Wiegand,1977 ℄ PVI

PIR

√ − a

^R

− b

[Baretet al.,1989,Baret etGuyot,1991 ℄ TSAVI

a(

^PIR

− a

^R

− b)

Tab.1.2.:Prinipauxindies de végétation.

végétationestalorsd'autantplusdensequesareprésentationdanseplanestéloignéedeladroite

dessols.

Dans et esprit, [Rihardsonet Wiegand, 1977 ℄ ont proposé le PVI (Perpendiular

Ve-getation Index), déni parla plusourte distane entreun pointdu plan (R,PIR)à ladroitedes

sols (d'équationPIR

= a

^R

+ b

^{) de manièreà amoindrir les eets optiques dusol. Cependant, le}

PVI est fortement limité par les eets atmosphériques et la géométrie d'aquisition. Il a ensuite

étéaméliorépar[Huete,1988℄aveleSAVI(Soil-AdjustedVegetationIndex)quitentede orriger

les perturbationsimputablesà lavariabilitédesaratéristiquesdusol. LeSAVI est dénipar

SAVI

=

^PIR

−

^R

PIR

+

^R

+

^L

× (1 +

^L

),

où

L

^{estuntermedeorretionxéomprisentre 0et1selonletypede sol,maisxépardéfaut}

à

0.5

^.D'autresaméliorationsontsuivi,pourorrigerlabrillanedusol,notamment aveleTSAVI (f.[Baretet al.,1989 ℄)etleMSAVI(f.[Qiet al.,1994 ℄)quiestmoinsinuenéparlesvariations

spatio-temporelles dessolsmaisrestesensible aux onditions atmosphériques etd'illumination.

Tous es indies de végétation, ouramment utilisés dans la littérature, présentent des

avantagesetdesinonvénientsliésauxonditionsexpérimentalespourlesquellesilsontétédénis.

Le tableau 1.2 fournit un réapitulatif des prinipaux indies de végétation. Remarquons que le

TSAVI est équivalent auNDVIlorsqueles paramètresde ladroite dessolssont

a = 1

^et

b = 0

^.

Depuis les années 1990, une nouvelle génération d'indies de végétation est proposée

pour estimer diretement les variables biophysiques d'intérêt. En partiulier, les modèles SAIL

et PROSPECT ouplés (f. [Jaquemoudet al.,1995 ℄) permettent d'exprimer un ensemble de

variables biophysiques en fontion de la mesure multispetrale observée. Nous itons i-dessous

quelques unesde esvariablesbiophysiques:

l'indie foliaire LAI (Leaf Area Index) est un indie biophysique orrespondant à la

surfaetotale defeuillesvertesparunitéde surfae ausol;

l'anglefoliairemoyenMLA(MeanLeafAngle)estdéniparl'anglemoyenforméentre

lesfeuillesetl'horizontal.Typiquement,leMLAdesulturesàlargesfeuillesvarieentre

20

^et

40

^{alorsqueeluideséréales varieentre}

50

^et

60

^;

la fration de ouvert en visée nadir est une variable biophysique dérivée de l'indie

foliaire(LAI)etde l'anglefoliaire(MLA).Ellearatériselaproportionde sol ouvert

de feuillage dansun pixel. Cettevariableest, par dénition,linéaire par hangements

d'éhelle(rapportde deux surfaes).

[Baretet Guyot,1991 ℄proposentuneéquationreliantunindiede végétationau LAI,permettant

notamment de onvertir le NDVI en LAI.De même, la frationde ouvert peut être alulée en

tantquefontionexponentielleduNDVI.Globalement,lesprolsd'évolutiontemporelleobtenusà

partirduNDVIsontalorsprohesdeeuxobtenusparinversiondumodèlebiophysique.Cependant,

uneetdesaturationestobservablepourlesouvertsvégétauxdenses,eetrésultantdiretement

d'une limiteintrinsèqueau NDVI.

Le NDVI, souvent onsidéré omme pertinent pour aratériser les diérents types de

végétation (f.[Fisher,1994 ℄), est trèsutiliséparlaommunauté de télédétetion.Cependant,le

faitqu'ilne soitpas linéairen'en faitpasl'indieidéal aprioripourl'analysede lasurfaeàpartir

d'imagesdediérentesrésolutionsspatiales.MêmesiquelquestravauxmontrentqueleNDVIpeut

êtreutiliséau-delàdeseslimitesthéoriques,i.e.ommes'ilétaitlinéaire,nouspréféronsonsidérer

un indielinéairetelque lafrationde ouvert.

Dans le document Détection de changements et classification sous-pixelliques en imagerie satellitaire. Application au suivi temporel des surfaces continentales. (Page 34-37)