Estimation du contenu en eau de la végétation par télédétection hyperspectrale dans le moyen infrarouge

devant le jury composé de M. Briottet (ONERA), rapporteur M. Gastellu-Etchegorry (CESBIO), rapporteur M. Olioso (INRA), examinateur M. Richard (IPGP), examinateur M. Marion (CEA), co-encadrant M. Jacquemoud (IPGP), directeur de thèse La connaissance des caractéristiques de la végétation (composition biochimique des feuilles, structure de la canopée, etc.) par télédétection est nécessaire dans de nombreux domaines comme l'étude de l'environnement ou du climat, l'agriculture de précision ou encore la géophysique. Cette thèse a pour but d'estimer le contenu en eau de la végétation en s'appuyant sur des données de télédétection hyperspectrale acquises dans le domaine spectral 3 - 5 µm (MWIR), où l'on trouve les principales bandes d'absorption de l'eau. Ce domaine, maintenant couvert par la dernière génération de capteurs aéroportés (e.g. AHS, SEBASS), n'a été que très peu exploité en raison de la complexité du signal enregistré (combinaison de la réflexion solaire et des émissions terrestre et atmosphérique thermique). Les couverts végétaux étant principalement constitués de feuilles, nous avons tout d'abord étudié les propriétés optiques des feuilles. Deux jeux de données, acquis en 2008 en collaboration avec l'USGS (Etats-Unis) et l'ONERA (France), nous ont permis de développer un modèle de propriétés optiques des feuilles de 0,4 à 5,7 µm, appelé PROSPECT-VISIR. Dans un second temps, les propriétés optiques des feuilles ont été traduites au niveau du sommet de la canopée et en entrée du capteur grâce à l'utilisation du modèle de canopée 4SAIL et du code de transfert radiatif atmosphérique MODTRAN. Une saturation de la réflectance des canopées pour des contenus en eau supérieurs à 0,01 g/cm² a ainsi été mise en évidence. L'exploitation de ce travail pour des applications en télédétection, a ensuite nécessité d'inverser la luminance MWIR. Les premières étapes d'une méthode de séparation de la température et de la réflectance (TRS-MWIR) sont présentées, en supposant l'atmosphère connue. L'algorithme TRS-MWIR offre des résultats très prometteurs en termes de RMSEP sur les réflectances et températures. Enfin, nous avons déterminé deux indices spectraux en vue d'estimer les contenus en eau foliaire et de la canopée, valables pour des contenus en eau foliaires inférieurs à 0,01 g/cm². Ces résultats orientent les applications de ce travail vers la surveillance des végétations sèches, comme par exemple l'évaluation des risques de feux.