Félicitation à Omar Regaieg pour sa soutenance de thèse: « Modélisation du transfert radiatif de la fluorescence induite par le soleil, de l’émission thermique et du bilan radiatif des couverts végétaux 3D : vers un modèle SIF complet »

La soutenance s’est tenue le 12  Janvier 2023 à 10:00 (heure de Paris)
En salle de conférence du CESBIO (https://www.cesbio.cnrs.fr), R.D.C. à gauche

La composition du jury :

Mme Karine Adeline (ONERA, Examinateur)
Mme Valérie LeDantec (Université de Toulouse III, Examinateur)
M. Roberto Colombo (Université de Milan Bicocca, Italie; Rapporteur)
M. José Sobrino (Université de Valence, Espagne; Rapporteur)
M. Zbynek Malenovsky (Université de Bonn, Allemagne; Examinateur)
M. Tiangang Yin (Université polytechnique de HongKong, Examinateur)
M. Jean-Louis Roujean (CNRS, Examinateur)
M. Ferran Gascon (ESA, Invité)
M. Philippe Maisongrande    (CNES, Invité)
M. Jean-Philippe Gastellu-Etchegorry   (Université de Toulouse III, Directeur de thèse)

Résumé:
« L’activité photosynthétique de la végétation revêt un intérêt majeur compte tenu des préoccupations environnementales actuelles comme le changement climatique et les ressources en eau. Dans ce processus, les molécules de chlorophylle excitées par absorption de rayonnement photosynthétiquement actif (PAR), dissipent une part de l’énergie non utilisée pour la photosynthèse sous forme de chaleur et de rayonnement de fluorescence (SIF) qui ainsi est un indicateur fiable et instantané de l’activité photosynthétique. Cependant, de nombreux facteurs compliquent l’interprétation des mesures de télédétection en termes de SIF et donc d’activité photosynthétique. En particulier, l’architecture 3D de la végétation affecte beaucoup la propagation du rayonnement, et donc l’absorption du PAR, l’émission de SIF dans le couvert végétal, et la mesure de télédétection. Une modélisation précise de l’émission SIF et des mesures de télédétection est donc essentielle pour interpréter avec précision ces mesures en termes de SIF émis (i.e., activité photosynthétique) par la végétation. De plus, elle doit être adaptée aux paysages complexes de grandes dimensions, du moins plus grands que la résolution des capteurs satellites concernés (e.g., 300 m pour la prochaine mission satellite FLEX de l’ESA pour mesurer la SIF). Vu le nombre, complexité et diversité des termes à prendre en compte, cette modélisation utilise de fortes approximations qui induisent souvent de grandes erreurs lors de l’interprétation des mesures de télédétection. La modélisation développée dans cette thèse traite principalement de l’aspect radiatif. Elle s’appuie sur le modèle de transfert radiatif DART (https://dart.omp.eu). Le mode initial, DART-FT, de DART, basé sur la méthode des ordonnées discrètes, simule l’émission SIF et le signal SIF mesuré par télédétection, mais a des besoins informatiques (i.e., volume mémoire, temps de calcul) prohibitifs pour simuler de grands paysages. Le nouveau mode, appelé DART-Lux, résout ce problème via un algorithme bidirectionnel Monte Carlo très efficace. Pour compléter les fonctionnalités de DART-Lux, quatre modélisations originales ont été conçues et implémentées. (1) Modélisation de paysages avec des volumes turbides et des facettes, car la représentation « turbide » est souvent utile pour simuler de grands paysages. (2) Modélisation de l’émission et mesure satellite de la SIF, en tenant compte des conditions bioclimatiques locales via le couplage avec le modèle de bilan d’énergie SCOPE. A partir de huit parcelles forestières reconstruites de manière réaliste avec des mesures LiDAR, cette modélisation a permis d’étudier l’impact de la structure 3D de la végétation sur la SIF émise et observée par un capteur au nadir, du matin au soir. Ainsi, l’erreur relative commise en négligeant l’architecture3D des couverts, comme dans les modèles 1D, est souvent supérieure à 30%, surtout les matins et soirs quand la direction solaire est très oblique. (3) Modélisation des images de télédétection correspondant à l’émission thermique du paysage. DART n’étant pas un modèle de bilan d’énergie, la distribution3D des températures est importée ou calculée de manière approchée via un éclairement dans les courtes longueurs d’onde. (4) Modélisation du bilan radiatif 3D avec possibilité de le simuler par sous scène et par type d’élément. Toutes ces modélisations, excepté la modélisation du bilan radiatif, se sont avérées très précises et efficaces en termes de temps de calcul et de volume mémoire, avec des gains souvent supérieurs à 100. La modélisation implémentée dans DART ouvre donc des perspectives très intéressantes pour l’étude des surfaces terrestres avec l’aide d’observations de télédétection visible à infrarouge thermique. Ce travail est actuellement poursuivi, pour tenir compte des multiples interactions biophysiques qui au sein des couverts conditionnent leur émission SIF et température 3D. »