Contribution de la télédétection à l’évaluation des fonctions des zones humides : de l’observation à la modélisation prospective

Interfacing between land and water systems, wetlands perform multiple functions and values that are now widely recognized. Inventory, delineation, but also characterization and monitoring of wetlands are now a priority to address the regression and in some cases the loss of these ecosystems. While wetland delineation is widely performed, the assessment of their functions has been only made on small sites of several hectares, whereas it is necessary to evaluate wetland functional status on larger areas to manage them. The objectives of this thesis are to develop a method to map wetland functions on areas greater than a hundred square kilometers, evaluate optical remote sensing data with very high spatial resolution to produce indicators of functional status of wetlands, and assess the impact of land use change on these functions. For this, the FAP approach has been adapted and applied to two sites located in Brittany and Dordogne. Once having defined and characterized wetlands from remotely sensed data, the spatial indicators derived from these data were used to evaluate hydrological, biogeochemical and ecological wetland functions. The evolution of these functions was then simulated under different scenarios of land use changes. The results show the usefulness of remotely sensed data, especially LiDAR data, to accurately characterize the micro-topography, drainage network and vegetation of wetlands. The functional potential of wetlands can therefore be mapped at different scales from the plot to the whole site for various functions. The simulation of land-use changes for the period 2000–2030 and the evaluation of their impact on wetland functions can be a tool for managing these environmentsLes zones humides, à l’interface entre terre et eau, sont des milieux riches et diversifiés, aux fonctions et valeurs multiples aujourd’hui largement reconnues. Face à la sensibilité grandissante des organisations gouvernementales, régionales et du public aux effets néfastes, directs ou indirects, de la régression, voire dans certains cas de la disparition des zones humides, l’inventaire, la délimitation, mais aussi la caractérisation et le suivi de ces milieux sont devenus une priorité. Si leur délimitation est aujourd’hui opérationnelle, l’évaluation de leurs fonctions n’a été opérée que sur des sites de quelques hectares, alors qu’il est nécessaire d’évaluer l’état fonctionnel des zones humides sur des territoires plus étendus pour les gérer. Les objectifs de cette thèse sont de développer une méthode permettant de spatialiser les fonctions des zones humides à l’échelle de territoires d’une centaine de Km² au minimum, d’évaluer des données de télédétection optiques à très haute résolution spatiale afin de produire des indicateurs de l’état fonctionnel des zones humides, et d’évaluer l’impact de changements d’occupation des sols sur ces fonctions. Pour cela, la démarche FAP a été adaptée et appliquée sur deux sites de 130 et 650 km² localisés en Bretagne et en Dordogne. Après avoir délimités et caractérisés les zones humides à partir de données de télédétection, des indicateurs spatialisés dérivés de ces données ont été utilisés pour évaluer des fonctions hydrologiques, biogéochimiques et écologiques. L’évolution de ces fonctions a ensuite été simulée selon différents scénarios de changements d’occupation des sols. Les résultats montrent l’intérêt des données de télédétection, en particulier LiDAR, pour caractériser avec précision la micro-topographie, le réseau hydrographique et la végétation des zones humides. Ces données permettent de cartographier le potentiel fonctionnel des zones humides à différentes échelles allant de la parcelle à l’ensemble du site, et ce pour différentes fonctions. La simulation des changements d’occupation des sols à l’horizon 2030 et l’évaluation de ceux-ci sur les fonctions des zones humides peuvent constituer un outil d’aide à la gestion de ces milieux

Cartographie des grands types de végétation par télédétection : étude de faisabilité (Bretagne, Basse-Normandie et Pays-de-la-Loire)

annexes sur demanderapport de rechercheL'objectif de cette étude est d'évaluer les potentialités qu'offrent l'imagerie aérienne et satellitaire à haute et très haute résolution spatiale pour la cartographie des grands types de végétation des régions Bretagne, Basse-Normandie et Pays de la Loire. Pour ce faire, différents types d'images (BDORTHO® IRC, SPOT5, Worldview-2) ont été acquises sur quatre sites représentatifs de la diversité des végétations présentes sur ce territoire. Des procédures de classification ont été établies et leur reproductibilité à d'autres sites a été vérifiée. La typologie des végétations utilisée est celle proposée par le Conservatoire Botanique National de Brest (CBN de Brest) qui articule par une démarche " bottom-up ", la typologie phytosociologique utilisée sur le terrain, avec une typologie physionomique (structurale) pouvant être " comprise " par une approche télédétection. L'approche orientée-objet non supervisée a été privilégiée pour ce projet. Seules les procédures de classification des images Worldview-2 (démarche plus exploratoire) combinent l'approche orientée-objet non supervisée à la méthode pixel supervisée. Les performances globales des procédures pour chaque image sont calculées par l'intermédiaire d'un indice kappa pour les niveaux " occupation du sol ", " grands types de végétations " et " types de formations végétales ". Les résultats les plus concluants sont obtenus, pour la plupart des végétations étudiées, à partir de l'image Worldview-2, puis la BDORTHO® IRC et enfin les images SPOT5. L'identification de certaines végétations donne des résultats médiocres ; des recommandations sont proposées pour les améliorer

Indications of dynamic effects on scaling relationships between channel sinuosity and vegetation patch size across a salt marsh platform

Salt marshes are important coastal areas that consist of a vegetated intertidal marsh platform and a drainage network of tidal channels. How salt marshes and their drainage networks develop is not fully understood, but it has been shown that the biogeomorphic interactions and feedbacks between vegetation development and channel formation play an important role. We examined the relationships among tidal channel sinuosity, marsh elevation and roughness, vegetation type (pioneer, Elymus athericus or Phragmites australis) and patch size at different spatial scales using a high‐resolution vegetation map (derived from aerial photography) and lower‐resolution satellite imagery processed with linear spectral mixture analysis (LSMA). The patch size distribution in all vegetation types corresponded to a power law, suggesting the presence of self‐organizational processes. While small vegetation patches are more dominant in pioneer vegetation, they were present in all vegetation types. The largest patch size is restricted to E. athericus. We observed an inverse logarithmic relationship between channel sinuosity and vegetation patch size in all vegetation types. The fact that this relationship is observed in both pioneer and later successional stages suggests that after the establishment of a drainage network in the dynamic pioneer stages of salt marsh development, the later stages of salt marsh succession largely inherit the meandering pattern of the early successional stages. Our study confirms recent evidence that no significant changes in the specific features of tidal channel networks (e.g., channel width, drainage density and efficiency) take place during the later stages of salt marsh development

Liquefied gases as alternative solvents for green extraction of natural products

Depuis quelques années, le domaine de l’extraction végétale est en pleine mutation, avec à la fois un intérêt croissant des consommateurs pour des ingrédients d’origine naturelle, combiné à des préoccupations environnementales. Il apparaît dès lors indispensable de remplacer les procédés actuels utilisant des solvants pétrochimiques nocifs par de nouveaux procédés d’extraction réduisant le besoin énergétique, la toxicité du solvant et la quantité de déchets tout en s’assurant du rendement et de la qualité de l’extrait obtenu. L’objectif de cette thèse a donc consisté à développer un nouveau procédé d’extraction mettant en œuvre des gaz liquéfiés comme solvants. Ce manuscrit présentera tout d’abord l’état de l’art sur les gaz liquéfiés existants et leur mise en œuvre pour l’extraction des produits naturels. A l’issue de cette présentation, 3 gaz liquéfiés ont été sélectionnés (n-butane, HFO-1234ze et le DME) comme solvants pour mener des essais au laboratoire, grâce à un prototype dont la conception est détaillée dans le chapitre II. Dans un second temps, les essais réalisés à l’aide de ces gaz liquéfiés pour l’extraction de composés lipophiles ont été décrits. L’approche expérimentale a été couplée à une approche prédictive par l’utilisation d’outils d’aide à la décision : les paramètres de solubilité de Hansen et le modèle COSMO-RS. La prédiction théorique ainsi que les essais expérimentaux ont confirmé l’intérêt des gaz liquéfiés pour la solubilisation et l’extraction de composés lipophiles d’intérêt biologique et à haute valeur ajoutée. Parallèlement l’étude des impacts du procédé sur l’environnement, la qualité, la réglementation et la sécurité ont montré que l’extraction par gaz liquéfié était un procédé facilement transposable à l’échelle industrielle.In recent years, the industrial sector of vegetable extraction has been evolving due to the growing interest of consumers for natural food ingredients combined with growing environmental concerns. Therefore, it seems essential to replace existing processes using toxic petroleum bases solvents with greener extraction processes with lower energy consumption, less wastes but higher extract quality. The objective of this thesis has consisted in the research and development of a new extraction process using liquefied gases as liquid solvents. First, this manuscript will outline the state of the art on the liquefied gases and how they are used for extraction of natural products. After this survey, 3 liquefied gases (n-butane, HFO-1234ze and DME) have been selected for laboratory scale experiments performed using a dedicated extraction unit whose design is detailed in chapter II. Then, the tests performed with these 3 gases for extraction of lipophilic compounds from several plant materials has been described. The experimental approach has been combined with a predictive one using decision tools: Hansen Solubility Parameters and COSMO-RS model. This survey demonstrated that liquefied gases are interesting solvents for solubilization and extraction of lipophilic compounds of interest. In parallel, the impacts of the process on environment, safety regulation and quality showed that liquefied gas extraction could be easily transposed at industrial scale

Contribution of remote sensing to functional assessment of wetlands : from observation to prospective modelling

Les zones humides, à l’interface entre terre et eau, sont des milieux riches et diversifiés, aux fonctions et valeurs multiples aujourd’hui largement reconnues. Face à la sensibilité grandissante des organisations gouvernementales, régionales et du public aux effets néfastes, directs ou indirects, de la régression, voire dans certains cas de la disparition des zones humides, l’inventaire, la délimitation, mais aussi la caractérisation et le suivi de ces milieux sont devenus une priorité. Si leur délimitation est aujourd’hui opérationnelle, l’évaluation de leurs fonctions n’a été opérée que sur des sites de quelques hectares, alors qu’il est nécessaire d’évaluer l’état fonctionnel des zones humides sur des territoires plus étendus pour les gérer. Les objectifs de cette thèse sont de développer une méthode permettant de spatialiser les fonctions des zones humides à l’échelle de territoires d’une centaine de Km² au minimum, d’évaluer des données de télédétection optiques à très haute résolution spatiale afin de produire des indicateurs de l’état fonctionnel des zones humides, et d’évaluer l’impact de changements d’occupation des sols sur ces fonctions. Pour cela, la démarche FAP a été adaptée et appliquée sur deux sites de 130 et 650 km² localisés en Bretagne et en Dordogne. Après avoir délimités et caractérisés les zones humides à partir de données de télédétection, des indicateurs spatialisés dérivés de ces données ont été utilisés pour évaluer des fonctions hydrologiques, biogéochimiques et écologiques. L’évolution de ces fonctions a ensuite été simulée selon différents scénarios de changements d’occupation des sols. Les résultats montrent l’intérêt des données de télédétection, en particulier LiDAR, pour caractériser avec précision la micro-topographie, le réseau hydrographique et la végétation des zones humides. Ces données permettent de cartographier le potentiel fonctionnel des zones humides à différentes échelles allant de la parcelle à l’ensemble du site, et ce pour différentes fonctions. La simulation des changements d’occupation des sols à l’horizon 2030 et l’évaluation de ceux-ci sur les fonctions des zones humides peuvent constituer un outil d’aide à la gestion de ces milieux.Interfacing between land and water systems, wetlands perform multiple functions and values that are now widely recognized. Inventory, delineation, but also characterization and monitoring of wetlands are now a priority to address the regression and in some cases the loss of these ecosystems. While wetland delineation is widely performed, the assessment of their functions has been only made on small sites of several hectares, whereas it is necessary to evaluate wetland functional status on larger areas to manage them. The objectives of this thesis are to develop a method to map wetland functions on areas greater than a hundred square kilometers, evaluate optical remote sensing data with very high spatial resolution to produce indicators of functional status of wetlands, and assess the impact of land use change on these functions. For this, the FAP approach has been adapted and applied to two sites located in Brittany and Dordogne. Once having defined and characterized wetlands from remotely sensed data, the spatial indicators derived from these data were used to evaluate hydrological, biogeochemical and ecological wetland functions. The evolution of these functions was then simulated under different scenarios of land use changes. The results show the usefulness of remotely sensed data, especially LiDAR data, to accurately characterize the micro-topography, drainage network and vegetation of wetlands. The functional potential of wetlands can therefore be mapped at different scales from the plot to the whole site for various functions. The simulation of land-use changes for the period 2000–2030 and the evaluation of their impact on wetland functions can be a tool for managing these environment

Les gaz liquéfiés comme solvants alternatifs pour l'éco-extraction de produits naturels

In recent years, the industrial sector of vegetable extraction has been evolving due to the growing interest of consumers for natural food ingredients combined with growing environmental concerns. Therefore, it seems essential to replace existing processes using toxic petroleum bases solvents with greener extraction processes with lower energy consumption, less wastes but higher extract quality. The objective of this thesis has consisted in the research and development of a new extraction process using liquefied gases as liquid solvents. First, this manuscript will outline the state of the art on the liquefied gases and how they are used for extraction of natural products. After this survey, 3 liquefied gases (n-butane, HFO-1234ze and DME) have been selected for laboratory scale experiments performed using a dedicated extraction unit whose design is detailed in chapter II. Then, the tests performed with these 3 gases for extraction of lipophilic compounds from several plant materials has been described. The experimental approach has been combined with a predictive one using decision tools: Hansen Solubility Parameters and COSMO-RS model. This survey demonstrated that liquefied gases are interesting solvents for solubilization and extraction of lipophilic compounds of interest. In parallel, the impacts of the process on environment, safety regulation and quality showed that liquefied gas extraction could be easily transposed at industrial scale.Depuis quelques années, le domaine de l’extraction végétale est en pleine mutation, avec à la fois un intérêt croissant des consommateurs pour des ingrédients d’origine naturelle, combiné à des préoccupations environnementales. Il apparaît dès lors indispensable de remplacer les procédés actuels utilisant des solvants pétrochimiques nocifs par de nouveaux procédés d’extraction réduisant le besoin énergétique, la toxicité du solvant et la quantité de déchets tout en s’assurant du rendement et de la qualité de l’extrait obtenu. L’objectif de cette thèse a donc consisté à développer un nouveau procédé d’extraction mettant en œuvre des gaz liquéfiés comme solvants. Ce manuscrit présentera tout d’abord l’état de l’art sur les gaz liquéfiés existants et leur mise en œuvre pour l’extraction des produits naturels. A l’issue de cette présentation, 3 gaz liquéfiés ont été sélectionnés (n-butane, HFO-1234ze et le DME) comme solvants pour mener des essais au laboratoire, grâce à un prototype dont la conception est détaillée dans le chapitre II. Dans un second temps, les essais réalisés à l’aide de ces gaz liquéfiés pour l’extraction de composés lipophiles ont été décrits. L’approche expérimentale a été couplée à une approche prédictive par l’utilisation d’outils d’aide à la décision : les paramètres de solubilité de Hansen et le modèle COSMO-RS. La prédiction théorique ainsi que les essais expérimentaux ont confirmé l’intérêt des gaz liquéfiés pour la solubilisation et l’extraction de composés lipophiles d’intérêt biologique et à haute valeur ajoutée. Parallèlement l’étude des impacts du procédé sur l’environnement, la qualité, la réglementation et la sécurité ont montré que l’extraction par gaz liquéfié était un procédé facilement transposable à l’échelle industrielle

Apport de la télédétection satellitaire pour la cartographie geosymphytosociologique des végétations des marais littoraux atlantiques. La phytosociologie paysagère : des concepts aux applications

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