Mesure et modélisation des propriétés optiques spectrales et directionnelles des feuilles

devant le jury: F. BARRET ............... Rapporteur S. BERTHIER ............. Président du jury X. BRIOTTET ............. Rapporteur M. CHELLE ............... Examinateur S. JACQUEMOUD ........... Directeur de thèse J.-L. WIDLOWSKI ......... Examinateur Résumé: Les feuilles absorbent la lumière du soleil pour alimenter en énergie le processus photosynthétique. Cette absorption permet de cartographier les espèces végétales ou de déterminer leur contenu biochimique depuis l?espace. A l?échelle de la feuille, elle se déduit des fractions de rayonnement réfléchi et transmis qui dépendent de la longueur d'onde de la lumière et des directions d'observation et d'éclairement. Les variations directionnelles de la réflectance et de la transmittance sont souvent négligées devant les variations spectrales, mais leur prise en compte pourrait améliorer l'estimation de l'absorption et de la diffusion de la lumière dans le couvert végétal. L'objectif de cette thèse est de modéliser analytiquement et numériquement les propriétés optiques spectrales et directionnelles des feuilles en s'appuyant sur des données expérimentales. Un spectro-photo-goniomètre est utilisé pour mesurer les facteurs de réflexion et de transmission spectraux et bi-directionnels des feuilles dans le visible et le proche infrarouge, pour quatre directions d'éclairement et 200 directions d'observations. Ces données montrent que la réflexion de surface, spéculaire, produit de fortes variations directionnelles essentiellement déterminées par l'indice de réfraction et la rugosité de surface des feuilles mais indépendantes de la longueur d'onde, alors que la réflexion et la transmission de volume sont marquées spectralement par l'absorption des constituants foliaires et ne varient que faiblement avec les directions. Le modèle analytique développé durant la thèse est validé en inversion sur les mesures optiques pour estimer les paramètres de surface ainsi que la contribution spéculaire en réflexion et l'angle solide dans lequel elle s'inscrit. Il est ensuite couplé avec le modèle spectral Prospect pour aboutir à une modélisation analytique des propriétés spectrales et directionnelles des feuilles. Enfin, les propriétés optiques d?une feuille de hêtre sont simulées par lancer de rayon sur une maquette tridimensionnelle reconstruite à partir de coupes histologiques et de mesures biochimiques. Ces simulations sont comparées aux données expérimentales pour mieux comprendre le rôle de la structure interne dans le transfert radiatif.