Hiérarchisation des facteurs structurant les dynamiques pluriannuelles des sols nus hivernaux

La Bretagne connaît depuis plusieurs décennies des changements de systèmes culturaux, liés à des modifications des structures paysagères et des pratiques agricoles entraînant des problèmes environnementaux, en particulier une dégradation importante des ressources en eau. Dans ce contexte, la connaissance des variations spatio-temporelles de l’utilisation et de l’occupation des sols constitue un élément-clé dans une démarche de restauration de la qualité de l’eau. L’objectif de ce travail est de définir le poids respectif des facteurs de changements identifiés en hiver sur un bassin versant localisé en secteur agricole assez intensif. Ainsi, quatre facteurs sont identifiés pour les systèmes de production de type bovin mixte : la taille des parcelles ; la proximité des parcelles par rapport au siège d’exploitation ; les occurrences des sols nus à peu couverts ; les mesures agro-environnementales.Une analyse statistique utilisant l’information mutuelle est ensuite appliquée afin de hiérarchiser les différentes variables explicatives exprimées à dire d’expert et validées à travers une analyse statistique. On constate alors que mise à part la variable « occurrence des sols nus à peu couverts », définie à partir d’une série d’images satellitaires et caractérisée par un test de signification important, les trois autres variables, bien que significatives, n’apportent pas l’information escomptée dans l’explication les dynamiques pluri-annuelles d’occupation des sols. Il apparaît ainsi nécessaire de structurer plus finement les variables explicatives en entrée afin de ne pas sous-estimer leur poids dans l’explication de la présence du couvert hivernal des sols.Changes in farming systems occur for several decades in Brittany, related with changes of both landscape structure and agricultural practices that lead to environmental problems, especially a serious degradation of water quality.In this context, knowledge of the spatio-temporal variations of land cover changes represents a key indicator for the restoration of the water quality. The aim of this paper is to define the weight of the driving factors of land cover change in winter in a quite intensive agricultural region. Four driven factors are identified for the dairy-cattle farming: Proximity of the fields to the farm building, environmental actions, bare soil occurrence.A statistical analysis based on the mutual information is used to hierarchize the explicative variables defined from expert knowledge and statistically validated. Results highlight the high contribution of the variable “bare soil occurrence”, which is built with a series of satellite images and characterized with an important signification test. The other driving factors can be seen as somewhat significant, although they don’t provide the expected information allowing to explain pluri-annual dynamics of land cover. Therefore, it appears necessary to restructure the input parameters of these explicative variables to not underestimate their influence on land cover change in winter

Approche systémique du fonctionnement d'un territoire agricole bocager

International audienceCet article présente une approche systémique du fonctionnement de territoires bocagers porteurs d'enjeux environnementaux. Après l'étude des dynamiques spatiotemporelles passées et actuelles des paysages, l'identification et la hiérarchisation des facteurs explicatifs des changements observés, cette approche met en évidence les échelles auxquelles ils se produisent et les différents acteurs qui interviennent dans l'évolution de ces paysages. Cette approche illustre la complexité des changements d'usage des sols dans des paysages très fragmentés en région agricole intensive. Elle constitue un préalable à la simulation de changements futurs et à l'élaboration de politiques de gestion durable

Variação temporal da biomassa do café arábica arborizado e Pleno Sol através de índices de vegetação.

http://www.dsr.inpe.br/sbsr2011/files/p0665.pdfInternational audienceIn recent years, several works have been accomplished in order to analyze the spectral response of coffee crop fields cultivated in full sun. However, the number of papers related to the monitoring of shaded coffee systems is reduced although this kind of cultivation is very important from the perspective of climate change and agriculture. In addition, the biomass of coffee systems can store carbon, which is a mitigation action. In this context, this paper presents the assessment of the meteorological variation joined with the biomass increase in three different coffee plantation systems: full sun, shaded coffee associated with legumes (SAF), and shaded coffee with Macadamia trees. We used Landsat-5 images from 2004 to 2010, and the NDVI and SAVI indexes. LAI index measured in the test area during all 2009 year. The results showed that the shaded coffee systems presented the NDVI and SAVI indexes with higher values than those found with the system of planting in full sun what corroborates the idea of greater amount of biomass in this type of planting. All indexes present the seasonal rain variation. One month after a large period of drought the indexes NDVI, SAVI and LAI decrease. The NDVI and SAVI indexes presented high correlation with the measured LAI. The shaded coffee system and the full sun coffee reached high vegetation indexes what indicate a high concentration of biomass. This factor should be considered in the decision making process since is important to take advantage of cultivation systems acting as carbon sinks

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Ecological studies need accurate environmental data such as vegetation characterization, landscape structure and organization, to predict and explain the spatial distribution of biodiversity. Few ecological studies use remote sensing data to assess the biophysical or structural properties of vegetation to understand species distribution. To date, synthetic aperture radar (SAR) data have seldom been used for ecological applications. However, these sensors provide data allowing access to the inner structure of vegetation which is a key information in ecology. The objective of this article is to compare the predictive power of ecological habitat structure variables derived from a TerraSAR-X image, an aerial photograph and a SPOT-5 image for species distribution. The test was run with a hedgerow network in Brittany and assessed the spatial distribution of the forest ground carabid beetles which inhabit these hedgerows. The results confirmed that radar and optical images can be indifferently used to extract hedgerow network and derived landscape metrics (hedgerow density, network grain) useful to explain the spatial distribution of forest carabid beetles. In comparison with passive optical remotely sensed data, VHSR SAR images provide new data to characterize vegetation structure and more particularly hedgerow canopy cover, a variable known to explain the spatial distribution of carabid beetles in an agricultural landscape, but not yet quantified at a fine scale. The hedgerow canopy cover derived from the SAR image is a strong predictor of the abundance of forest carabid beetles at two scales i.e., a local scale and a landscape scale

Mechanisms and Geochemical Models of Core Formation

The formation of the Earth's core is a consequence of planetary accretion and processes in the Earth's interior. The mechanical process of planetary differentiation is likely to occur in large, if not global, magma oceans created by the collisions of planetary embryos. Metal-silicate segregation in magma oceans occurs rapidly and efficiently unlike grain scale percolation according to laboratory experiments and calculations. Geochemical models of the core formation process as planetary accretion proceeds are becoming increasingly realistic. Single stage and continuous core formation models have evolved into multi-stage models that are couple to the output of dynamical models of the giant impact phase of planet formation. The models that are most successful in matching the chemical composition of the Earth's mantle, based on experimentally-derived element partition coefficients, show that the temperature and pressure of metal-silicate equilibration must increase as a function of time and mass accreted and so must the oxygen fugacity of the equilibrating material. The latter can occur if silicon partitions into the core and through the late delivery of oxidized material. Coupled dynamical accretion and multi-stage core formation models predict the evolving mantle and core compositions of all the terrestrial planets simultaneously and also place strong constraints on the bulk compositions and oxidation states of primitive bodies in the protoplanetary disk.Comment: Accepted in Fischer, R., Terasaki, H. (eds), Deep Earth: Physics and Chemistry of the Lower Mantle and Core, AGU Monograp

Land use and land cover monitoring with multitemporal and multipolarization Radarsat data ; Application to an intensive agricultural area (France)

International audienc

Hiérarchisation des facteurs de changements de l'occupation hivernale des sols : Application au bassin versant du Yar (Bretagne)

National audienc

Étude des changements d'occupation et d'usage des sols en contexte agricole par télédétection et fusion d'informations.

L’étude des changements d’occupation et d’usage des sols a émergé comme étant une composante fondamentale des recherches internationales menées sur le changement global. Elle apparaît même depuis une dizaine d’années comme une discipline scientifique à part entière, avec une approche interdisciplinaire solidement ancrée. Le « Land Change Science » vise ainsi à comprendre les dynamiques d’occupation et d’usage des sols comme un système complexe basé sur le couple « homme – environnement » en énonçant et développant des théories, concepts et modèles relevant des sciences sociales et environnementales. Dans ce contexte scientifique, la Géographie joue « naturellement » un rôle prépondérant. Placée à l’interface des sciences environnementales, sociales et humaines, la géographie apparaît ainsi bien représentée dans les programmes internationaux tels que l’IGBP ou l’IHDP. Elle appréhende le changement global en général et les changements d’occupation des sols en particulier en apportant des réponses aux défis de plus en plus médiatisés posés par le changement global. L’expertise et le savoir-faire du géographe apparaissent donc être un atout majeur pour répondre aux défis complexes posés par le changement global. Sa valeur ajoutée réside dans une analyse spatialisée et une contribution importante à la modélisation dynamique des systèmes complexes à l'interface Nature/Société. Mes travaux de recherche s’inscrivent dans cette démarche et tentent de contribuer à cette réflexion. Ils sont centrés sur l’étude des changements d'occupation et d'usage des sols en interaction avec les sociétés humaines et leurs territoires. Parmi ces interactions, l’analyse des interactions entre les changements d'occupation et d'usage des sols et les territoires agricoles est privilégiée. Si mes travaux de recherche concernent surtout des sites expérimentaux localisés en Bretagne (Programme LTER-Europe « Zone Atelier Armorique », programme « Bretagne eau Pure »…), ils intègrent également des sites d’étude localisés dans des pays de la zone intertropicale (Afrique de l’Ouest, Argentine, Inde…). Pouvant paraître à première vue assez différents et éloignés, ces territoires (i.e. Zone HAPEX Sahel, bassin versant du Berambadi en Inde) sont tous soumis à de fortes pressions anthropiques (conflits d’usage, surexploitation des ressources,…). Ils sont étudiés selon une même logique thématique et méthodologique, les méthodes mises au point et appliquées dans une région devant pouvoir être transposables. Ainsi, la Bretagne est considérée dans mes travaux comme une région test où sont élaborées des méthodes dont la reproductibilité est évaluée sur les espaces intertropicaux

Modélisation prédictive de l'occupation des sols en contexte agricole intensif<BR />Application à la couverture hivernale des sols en Bretagne

In intensive agricultural regions , winter vegetation covering is a key indicator of water transfer processes. Its prediction can help local decision making for restoring water quality. Though, spatial prediction modelling of winter land cover is complex and thus it appears necessary to introduce uncertainty in the modelling process, especially as high spatial and temporal variability are encountered. The objective of this work is to develop a reproducible method to predict the land cover distribution for the following winter season for the two hypotheses "bare soils" and "covered soils". The selected modelling approach is based on an expert model using the Dempster-Shafer rule, because it considers both uncertainty and imprecision both in the modelling process and in the results, as confidence levels are associated with the predictions. The model has been applied on an experimental watershed located in Brittany. After having assessed the spatial and temporal dynamics of winter coverage from a multitemporal series of remote sensing images, and identified the driving factors of these changes, sources of information representing these factors are fused with the Dempster's rule. Results are ambivalent according to the studied hypotesis. The prediction scores are good at the watershed scale but present limits for allocating the land class at a field scale, especially for the "bare soils" class, because the level of conflict between sources of information is high. The Dezert-Smarandache theory, that allows to introduce paradoxical information in the modelling process, is then applied and increases the prediction scores for the "bare soils" class. The reproductibility of the modeling approach is then evaluated in applying the model on another study site, wider and less documented than the previous one. The "bare soils" class remains well evaluated with both fusion rules, but the spatial allocation of the land class at a field scale is still not well managed, that indicates the need to integrate new sources of information in the model to better predict the future land allocation.La couverture hivernale des sols a un impact avéré sur la qualité de l'eau, en influant sur le transfert des flux de polluants d'origine agricole au sein de bassins versants. sa prédiction, si elle peut constituer une aide à la programmation d'actions dans le cadre de programmes de restauration de la qualité de l'eau, pose cependant un certain nombre de problèmes d'ordre méthodologique. L'objectif de ce travail est de développer une méthode reproductible qui permette d'effectuer une prédiction à court terme de la couverture hivernale des sols. Une approche approximative reposant sur un modèle expert utilisant la règle des évidences de dempster-Shafer a été retenue, car elle permet de prendre en compte l'imprécision et les lacunes de connaissances liées à cette problématique et aux données disponibles, et d'associer un degré de confiance aux résultats produits. Des prédictions de la couverture hivernale des sols sont d'abord effectuées sur un site expérimental localisé en Bretagne selon les deux hypothèses "sols couverts" et "sols nus à peu couverts". Après avoir déterminé les dynamiques spatio-temporelles des changements passés, notamment à partir d'une série multitemporelle d'images de télédétection, et avoir défini les facteurs motivant les changements passés et à venir, la fusion des sources d'informations qui représentent ces facteurs est réalisée avec la règle de Dempster-Shafer. Les résultats sont mitigés: les prédictions sont cohérentes à l'échelle du bassin versant mais l'affectation spatiale des prédictions à l'échelle parcellaire, qui est bonne pour la classe "sols couverts" reste problématique pour la classe "sols nus à peu couverts" en raison du niveau de conflit élévé entre les sources d'information pour cette hypothèse. L'utilisation de la théorie récente de Dezert-Smarandache, qui autorise la prise en compte d'informations paradoxales, permet d'améliorer les scores de prédictions pour la classe "sols nus à peu couverts". Une évaluation de la reproductibilité de l'approche prédictive développée est alors effectuée à travers l'application du modèle sur un bassin versant plus étendu et où les données sont moins nombreuses. Si la classe "sols couverts" reste bien évaluée avec les deux règles de fusion, l'affectation spatiale de la classe "sols nus à peu couverts" est en revanche toujours affectée d'un faible taux de prédiction correcte, illustrant la nécessité de l'intégration de nouvelles sources d'information dans le modèle pour cette hypothèse aux fortes variabilités spatiotemporelles