Modélisation spatio-temporelle de la vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols en milieu semi-aride à partir de données radar

Définie comme un processus qui réduit le potentiel de production des sols ou de l'utilité des ressources naturelles, la dégradation des sols est un problème environnemental majeur qui affecte plus de 41 % des terres émergées et plus de 80 % de la population affectée par ce phénomène vit dans les pays en voie de développement. Le présent projet a pour objectif général, la caractérisation des différents types d'occupation et d'utilisation du sol et la détection de leurs changements spatio-temporels à partir de données radar (ERS 1-2, RADARSAT-1 et ENVISAT) en vue d'une modélisation spatio-temporelle de la vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols en milieu semi-aride. Étant donné la forte sensibilité du signal radar aux conditions d'observation du capteur et de la cible, une répartition judicieuse des images en fonction des conditions du milieu (condition humide et condition sèche) et des configurations angulaires des images radar (23° et [33°-35°-471) est d'abord réalisée. Une bonne caractérisation et une évolution temporelle des quatre types d'occupation et d'utilisation du sol d'intérêt sont obtenues avec des niveaux de contrastes différents selon l'angle d'incidence et les conditions du milieu. En complément de l'approche « pixellaire » pour la détection des changements (Différenciation d'images et ACP), un suivi de l'occupation du sol par approche orientée objet focalisée sur deux types d'occupation du sol (végétation et sol nu) a été développé. Cette méthode permet une fine cartographie des occurrences de sol nu en fonction des conditions du milieu. Enfin, avec l'apport de diverses sources d'information, une modélisation de la vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols par la règle de fusion probabiliste de Dempster-Shafer est réalisée dans le sud-ouest du Niger. Les cartes de décision qui en résultent sont statistiquement acceptables avec des taux de réussite de 93 % et 91 % et des valeurs Kappa de 86 % et 84 % respectivement en conditions sèche et humide. Aussi, la carte globale de vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols dans ce milieu semi-aride est-elle produite à partir de ces deux cartes de décision

Modèle intégré basé sur l'apprentissage automatique pour l’estimation de la production des cultures au Mali

Au regard de la croissance actuelle de la population mondiale, qui atteindra selon l’Organisation des Nations Unies (ONU) environ 10 milliards de personnes d'ici 2050, il faudra une augmentation de 70% de la production alimentaire et de la superficie allouée aux cultures. Les pays de l’Afrique subsaharienne devront donc augmenter leur production alimentaire pour satisfaire la demande croissante en ce qui les concerne. Les pressions démographiques et le réchauffement climatique perturbent les moyens de subsistance et la sécurité alimentaire des populations. De plus, les systèmes agricoles des petits exploitants des pays africains font face à des problèmes de fertilité des sols. Cela est dû à de nombreux facteurs tels que : la taille des champs, l’hétérogénéité des pratiques de gestion, et la fragmentation des paysages qui en résulte et la présence généralisée d’arbres dans les champs. À cet égard, il est primordial de trouver une solution qui fournit des informations sur la productivité des cultures en milieu semi-aride. Ainsi, ce projet propose une approche basée sur la méthode d’échantillonnage aréolaire à partir des données satellitaires et a pour but de contribuer à l’amélioration de l’estimation de la production agricole en milieu semiaride. Nous avons utilisé Google Earth Engine (GEE) pour faire d’abord une classification par forêt aléatoire (RF) supervisée, basée sur des pixels, pour discriminer les principaux types de cultures. Ensuite, nous avons déduit certains paramètres biophysiques, qui nous ont permis d’analyser les changements dynamiques des indices de végétation, dans le temps et dans l’espace. Enfin, la méthode d’analyse de régression logistique a été appliquée à ces données géospatiales pour estimer le rendement et la production des types de cultures par parcelle. Cette solution permet l’élaboration des cartes de production et de rendement spatialement explicites et résolues dans le temps, afin de servir d’aide en matière de prise de décision stratégique. Cela contribuera à la mise en place des scenarios futurs qui permettrons de mieux gérer la production agricole et de prévenir les pénurie

Identification du bâti à partir d'images satellitaires à très hautes résolutions spatiales

Résumé: L'urbanisation est un phénomène croissant qui touche l'ensemble du globe et qui a comme conséquence l'étalement des surfaces urbanisées. L'ampleur et la rapidité de cet étalement posent partout des problèmes socio-économiques et environnementaux. Pour réduire au maximum ces problèmes, les aménageurs ont besoin de données spatiales à intégrer aux outils de gestion et de planification. Dans ce contexte général, l'apparition des images satellitaires à Très Haute Résolution Spatiale (THRS) suscitent de fortes attentes. Ces images conjuguent en effet des résolutions spatiales fines, à des coûts raisonnables d'acquisition et à des courtes périodes de revisites. Les méthodes d'interprétation actuelles apparaissent cependant inadaptées à ces nouvelles images. À partir de cette problématique, l'objectif de notre recherche est identifié comme l'élaboration d'une méthode d'extraction semi-automatique des bâtiments à partir d'images THRS. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé plusieurs étapes. Chacune d'elles est associée à un chapitre de cette thèse. Le premier chapitre expose le contexte général de notre recherche et conduit à l'identification de notre objectif. Nous présentons tout d'abord un bref historique de l'urbanisation avant de nous concentrer sur le phénomène d'étalement et sur les problèmes qu'il engendre. Nous nous intéressons ensuite à ce que la géographie peut apporter pour diminuer ces problèmes. Les positionnements conceptuels, théoriques et méthodologiques de l'analyse géographique des villes sont suivis d'une présentation des principaux outils de gestion et de planification urbaine. Il ressort un besoin croissant en données spatiales à intégrer à ces outils, besoin à partir duquel nous identifions notre objectif. Dans le second chapitre, nous vérifions la faisabilité de notre objectif à travers l'analyse des caractéristiques techniques des images puis des perturbations subies par le signal. La capacité des images à représenter fidèlement les objets urbains est ensuite abordée à travers les notions de qualité et d'interprétabilité des images. Les résultats confirment l'intérêt de l'utilisation des images satellitaires THRS pour l'analyse des objets urbains. Le troisième chapitre présente les phases préliminaires à l'élaboration de notre méthode d'extraction des bâtiments. Nous évaluons tout d'abord la qualité (géométrique et radiométrique) de l'image Ikonos support d'étude. Une revue des méthodes existantes fait ensuite ressortir une limite commune : la délimitation précise des bâtiments. Ce constat nous conduit à évaluer la qualité des méthodes de segmentation puis à réorienter nos choix méthodologiques. Le quatrième chapitre présente ce qui constitue le coeur de notre travail, à savoir le développement d'une méthode d'extraction du bâti. Après une formalisation rigoureuse des objectifs, nous présentons les principes théoriques de notre approche qui s'appuie sur une définition texturale des bâtiments. Le processus d'identification est basé sur la prise en compte conjointe, à l'aide d'un paramètre unique, de la variance du bâtiment et de celle de son entourage proche. Des informations additionnelles (présence d'ombre et de végétation) sont ensuite intégrées dans le but de diminuer les erreurs de commission. Le cinquième chapitre présente les résultats. Il montre la capacité de la méthode à identifier les bâtiments malgré certaines limites d'applicabilité, en particulier dans le cas des grands bâtiments et/ou dans les milieux hétérogènes. Des pistes d'améliorations sont proposées ainsi que des perspectives d'applications. Il ressort de ce travail que le principal apport tient dans l'originalité de l'approche théorique qui ouvre de nouvelles pistes de réflexion pour les travaux futurs.||Abstract: Urbanisation still remains one of the main problems worldwide. The extent and rapidity of the urban growth induce a number of socio-economic and environmental conflicts everywhere. In order to reduce these problems, urban planners need to integrate spatial information in planning tools. Actually high expectations are made on Very High Spatial Resolution imagery (VHSR). These high-spatial resolution images are available at a reasonable price and due to short revisit periods, they offer a high degree of actuality. However, interpretation methods seem not to be adapted to this new type of images. The aim of our study is to develop a new method for semi-automatic building extraction with VHSR. The different steps performed to achieve our objective are each presented in a chapter. In the first chapter, the general context of our research is described with the definition of our objective. After a short historical review of urbanisation, we focus on urban growth and associated problems. In the following we discuss the possible contributions of geography to reduce these problems. After discussing concepts, theories and methodologies of geographical analysis in urban areas, we present existing general urban planning tools. Finally, we show the special interest of our study that is due to a growing need to integrate spatial information in these decision support tools. In the second chapter we verify the possibility of reaching our objective by analysing the technical characteristics of the images, the noise and the distortions which affect the images. Quality and interpretability of the studied image is analysed in order to show the capacity of these image to represent urban objects as close to reality as possible. The results confirm the potential of VHSR Imagery for urban objects analysis. The third chapter deal with the preliminary steps necessary for the elaboration of our method of building extraction. First, we evaluate the quality of the Sherbrooke Ikonos image (geometric and radiometric quality), the basic image of our analysis. A review of existing methods clearly show a common limit: the detection of building boundaries. Consequently, we evaluate the efficiency of several segmentation methods that finally induces a change in our methodological approach. The fourth chapter contains the central part of our work, which consists in the development of a building extraction method. After strict formalisation of our, objectives, we present the theoretical principles of our approach based on textural buildings definition. In the identification process we use only one parameter that accounts at the same time for the variance of the building and the variance of its immediate surroundings. In the following, additional information (shadow and vegetation) is integrated to reduce commission errors. The last chapter exposes the results. They clearly show the capacity of our method for building identification. However, they show some limitations of application, especially on large size buildings and/or in heterogeneous areas. We also propose possible applications such as analysis of suburban buildings or detection of natural disaster damages. The main outcome of this work is the originality of our theoretical approach that encourages new reflections for future research

Assimilation de données et inversion bathymétrique pour la modélisation de l'évolution des plages sableuses

Cette thèse présente une plateforme d'assimilation de données issues de l'imagerie vidéo et intégrée au modèle numérique d'évolution de profil de plage 1DBEACH. Le manque de jeux de données bathymétriques haute-fréquence est un des problèmes récurrents pour la modélisation morphodynamique littorale. Pourtant, des relevés topographiques réguliers sont nécessaires non seulement pour la validation de nos modèles hydro-sédimentaires mais aussi dans une perspective de prévision d'évolution morphologique de nos plages sableuses et d'évolution de la dynamique des courants de baïnes en temps réel. Les récents progrès dans le domaine de l'imagerie vidéo littorale ont permis d'envisager un moyen de suivi morphologique quasi-quotidien et bien moins coûteux que les traditionnelles campagnes de mesure. En effet, les images dérivées de la vidéo de type timex ou timestack rendent possible l'extraction de proxys bathymétriques qui permettent de caractériser et de reconstruire la morphologie de plage sous-jacente. Cependant, ces méthodes d'inversion bathymétrique directes sont limitées au cas linéaire et nécessitent, selon les conditions hydrodynamiques ambiantes, l'acquisition de données vidéo sur plusieurs heures voire plusieurs jours pour caractériser un état de plage. En réponse à ces différents points bloquants, ces travaux de thèse proposaient l'implémentation puis la validation de méthodes d'inversion bathymétrique basées sur l'assimilation dans notre modèle de différentes sources d'observations vidéo disponibles et complémentaires. A partir d'informations hétérogènes et non redondantes, ces méthodes permettent la reconstruction rapide et précise d'une morphologie de plage dans son intégralité pour ainsi bénéficier de relevés bathymétriques haute fréquence réguliers.This thesis presents data-model assimilation techniques using video-derived beach information to improve the modelling of beach profile evolution.The acquisition of accurate and recurrent nearshore bathymetric data is a difficult and challenging task which limits our understanding of nearshore morphological changes. This is particularly true in the surf zone which exhibits the largest degree of morphological variability. In addition, surfzone bathymetric data are crucial from many perspectives such as numerical model validation, operational rip current prediction or real-time nearshore evolution modelling. In parallel, video imagery recently arose as a low-cost alternative to direct measurement in order to daily monitor beach morphological changes. Indeed, bathymetry proxies can be extracted from video-derived images such as timex or timestacks. These data can be then used to estimate underlying beach morphologies. However, simple linear depth inversion techniques still suffer from some restrictions and require up to a 3-day dataset to completely characterize a given beach morphology. As an alternative, this thesis presents and validates data-assimilation methods that combine multiple sources of available video-derived bathymetry proxies to provide a rapid, complete and accurate estimation of the underlying bathymetry and prevent from excessive information.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Urbanization, agriculture and spatio-temporal dynamics of the anthropization of forest ecosystems in Haiti

En Haïti, le paysage naturel connaît de nombreuses transformations incluant la destruction des écosystèmes forestiers liés à une synergie des activités anthropiques, notamment de l’agriculture et de l’urbanisation exacerbées par la croissance démographique galopante dans un contexte socioéconomique précaire. Le présent travail a été initié en vue de cartographier et de quantifier les dynamiques spatio-temporelles de l’anthropisation du paysage naturel en zone urbaine et périurbaine de (Port-au-Prince et du Cap-Haitien), en zone rurale (commune de Vallières) et au sein des aires protégées (Parcs Nationaux Naturels de la Forêt des Pins/unité 2 (PNN-FP2), de La-Visite (PNN-LV), du Macaya (PNN-M) en Haïti. Les approches cartographiques et du gradient urbain-rural, appuyées sur des outils d’analyse de l’écologie du paysage, ont été développée à partir des images satellitaires Landsat acquises entre 1973 et 2021. Les résultats obtenus ont montré que le paysage est dynamique en zone urbaine et périurbaine des villes d’Haïti. En effet, au niveau de l’agglomération de Port-au-Prince, la capitale d’Haïti, la surface de la zone urbaine a septuplé alors que celle de la zone périurbaine a quintuplé au détriment de la zone rurale adjacente. Dans cette ville, la dynamique de composition du paysage est caractérisée par une rapide progression du bâti en zone urbaine, périurbaine et des champs en zone rurale par opposition à la régression de la végétation plus accentuée en zone périurbaine. Une tendance similaire a été notée dans la ville de Cap-Haitien où une réduction de la surface de la végétation naturelle, nettement plus marquée en zone périurbaine, a été notée au profit du bâti et des champs. L’expansion agricole menace également la préservation de la végétation ligneuse au niveau de la zone rurale adjacente. Au niveau des zones rurales éloignées des villes, l’étude de cas sur la commune de Vallières et de ses trois sections communales révèle qu’en 35 ans la superficie des forêts a régressé à travers le morcellement des grandes taches initiales par opposition à la dynamique progressive des zones agricoles et des surfaces dénudées. La dégradation accentuée de la couverture végétale au profit des zones agricoles a mené inéluctablement à la création de zones dénudées qui se varient d’une section communale à une autre (les zones dénudées couvrent environ 3,94% du paysage de Corosse, 6,88 à Trois-Palmistes en 2019 et jusqu’à 9% du paysage à Grosse Roche). Suite à une saturation foncière dans les zones rurales habitées, les activités anthropiques étendent leur emprise jusqu’au niveau des aires protégées d’Haïti. Ainsi, au sein du PNN-FP2, PNN-LV et du PNN-M, nos résultats soulignent que les activités anthropiques illicites ont entrainé une dynamique paysagère matérialisée par des pertes du couvert forestier entre 1985 à 2018 au profit des zones agricoles notamment. Les taux annuels de déforestation sont également importants et ont varié selon les parcs (1,8% dans le PNN-FP2, 1,2% dans le PNN-LV et 1,4% dans le PNN-M). La régression de la couverture forestière est sous-tendue, au niveau des aires protégées étudiées, par la dissection et la fragmentation de ses taches par opposition à la création et la fusion des taches de classes anthropiques (champs, bâtis, sols nus, etc.). En définitive, cette étude a mis en évidence la forte dynamique des paysages naturels en milieu urbain, périurbain et rural d’Haïti. Ces mutations, dues aux activités anthropiques, vont compromettre dangereusement l’avenir de ces paysages naturels dont dépend la survie des populations locales. Cette étude justifie le besoin urgent de développer une politique rationnelle de conservation et d’aménagement des paysages naturels d’Haïti soutenue par des mesures de développement socio-économique contextualisées.11. Sustainable cities and communitie

L'AIS : une donnée pour l'analyse des activités en mer

4 pages, session "Mer et littoral"International audienceCette contribution présente des éléments méthodologiques pour la description des activités humaines en mer dans une perspective d'aide à la gestion. Différentes procédures, combinant l'exploitation de bases de données spatio-temporelles issue de données AIS archivées à des analyses spatiales au sein d'un SIG, sont testées afin de caractériser le transport maritime en Mer d'Iroise (Bretagne, France) sur les plans spatiaux, temporels et quantitatifs au cours d'une année

Suivi et caractérisation de glaces fluviales par imagerie thermique

Le suivi des glaces sur le fleuve St-Laurent est primordial, à des fins de sécurité civile, d'efficacité du transport maritime et de surveillance des changements climatiques. Alors que les études des glaces à la dérive sont habituellement locales, ce mémoire présente l'étude d'un tronçon d'environ 250 km sur le fleuve St-Laurent, entre Montréal et Québec, faite par imagerie infrarouge aéroportée. Par l'acquisition de températures de surface et avec une équation de diffusion de chaleur dans les glaces modélisée par éléments finis, le lien entre la température de surface et l'épaisseur des glaces est fait. Diverses caractéristiques supplémentaires des glaces sont extraites (concentration, taille, forme). Certaines limites d'utilisation, en termes de conditions météorologiques (pluie, neige ou brouillard) et en termes d'épaisseur maximale pouvant être détectée, sont toutefois atteintes. La thermographie infrarouge est appropriée au suivi des glaces sur le fleuve StLaurent, mais elle a ses limites comme toute autre méthode.Surface ice observations on the St. Lawrence River are needed to provide a safe and effective waterway, as weil as to study climate changes. Usually made locally, ice characterization is made on a reach of 250 km between Montreal arid Quebec City, from airbome thermal imaging. lee surface temperatures are acquired, and a heat transfer equation modeled through a finite-element model links these temperatures to ice thicknesses. lee characteristics, such as concentration, size and shape, are also obtained. Operationallirnits in the form of rain, snow and fog, are encountered, as weil as maximum detectable thicknesses due to the physics of heat transfer and to the model used. Overall, infrared imaging is a well-suited technology for drift ice observations on the St. Lawrence River, but it has its lirnits, just as any other technology