manuscrit - CESBIO - Université Paul Sabatier

Mod´elisation radar des couverts
v´eg´etaux
Applications `a la t´el´ed´etection de
couverts forestiers et agricoles
TH` ESE
pr´esent´ee et soutenue publiquement le 18 octobre 2002
pour l’obtention du
Doctorat de l’universit´e Paul Sabatier – Toulouse III
(sp´ecialit´e T´el´ed´etection)
par
Ghislain Picard
Composition du jury
Paul Combes Professeur `a l’Universit´e Paul Sabatier, Toulouse Pr´esident
Shaun Quegan Professeur `a l’Universit´e de Sheffield, Royaume-Uni Rapporteur
Walid Tabbara Professeur `a l’Universit´e de Paris VI Rapporteur
Marc Saillard Professeur `a l’Universit´e de Marseille I Examinateur
Jean-Pierre Wigneron Charg´e de recherche `a l’INRA, Bordeaux Examinateur
Thuy Le Toan Ing´enieur de recherche CNRS au CESBIO Directeur de th`ese
Pr´epar´ee au Centre d’´ Etudes Spatiales de la BIOsph`ere (CESBIO)
13 avenue du Colonel Roche, 31401 TOULOUSE

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Remerciements
Cette thèse a été préparée au Centre d’Etudes Spatiales de la BIOsphère; je tiens à ce titre à
remercier Jean Claude Menaut, directeur du CESBIO, pour son accueil et sa disponibilité.
Ma recherche a été encadrée par Thuy Le Toan. A sa grande expérience scientifique s’ajoute
une capacité de prospection quasiment magique qu’elle m’a fait largement partager. Je la remer-
cie aussi de m’avoir fait découvrir non seulement les aspects scientifiques du travail de recherche
mais aussi tous les autres aspects. Enfin, je tiens particulièrement à exprimer mon admiration
pour ses qualités humaines.
Je remercie Shaun Quegan et Walid Tabbara, rapporteurs de ma thèse, Marc Saillard et Jean-
Pierre Wigneron d’avoir accepté de participer au jury ainsi que Paul Combes de l’avoir présidé.
Un grand merci à Malcolm Davidson et Nicolas Floury pour m’avoir laissé une place dans
leur bureau mais surtout de m’avoir fait profité de leur expérience scientifique et pour m’avoir
permis de prendre du recul aux moments où il le fallait.
Merci à Thierry Castel et Yves Caraglio pour les nombreuses maquettes d’arbre issues d’AMAP.
Un grand merci également à Pierre Melon et Philippe Richaume pour les longues pauses café
physiques et mathématiques (respectivement).
Merci à l’équipe informatique, Patrick Taberling, Antoine Grossoux et Gabriel Giordano pour
m’avoir à de nombreuses reprises sorti des problèmes que savent poser les ordinateurs.
Merci à Laurent Kergoat, Philippe Maisongrande et à tous les membres du CESBIO.
Enfin, un merci particulier à Jen, François, Gaëtan, Sophie, Sarah, Lionel, Sébastien, Géral-
dine, Nicolas, Denis, Luc, Greg et Stéphane pour les petits coups de main.

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Table des matières
Introduction 5
Notations 13
1 Modélisation radar des couverts végétaux 15
1.1 La mesure radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2 Modélisation radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.2 Les voies de modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2.3 La théorie du transfert radiatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.4 L’approximation de Born modifiée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
I Couverts forestiers 33
2 Modélisation radar des couverts forestiers 35
2.1 Caractérisation géométrique du milieu forestier . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.1 Le modèle de croissance AMAP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.1.2 Adaptation des maquettes AMAP à la modélisation radar. . . . . . . . . 40
2.2 Diffuseurs du milieu forestier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2.1 Caractéristiques électromagnétiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.2 Cylindre fini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.3 Cylindre généralisé. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.4 Branches coniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.5 Branches courbes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.2.6 Cylindre hétérogène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.2.7 Disque elliptique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.2.8 Le sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
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