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National audience; La spectroscopie visible et proche infrarouge couplée à l’imagerie hyperspectrale permet le traitement du signal de réflectance à l’échelle d’un couvert végétal et le développement de relations de calibration destinées à déduire la composition chimique de ce couvert comme l’azote foliaire. Un modèle mathématique de détermination de l’azote a été mis en place à l’échelle du couvert en se basant sur l’imagerie hyperspectrale. Toutefois les interactions possibles entre données de réflectance du couvert et les propriétés architecturales (taille et angle d’insertion des feuilles) interrogent sur la robustesse du modèle obtenu. Pour préciser l’impact de ces variations architecturales sur les propriétés spectrales du couvert, nous avons modélisé différentes maquettes de couverts de blé (modèle architecturé ADEL) à différents stades phénologiques avec un modèle de radiosité imbriqué (calcul de la quantité d’énergie d’une feuille reçue par ses voisines) nommé Caribu. Ces deux modèles sont disponibles sur la plate forme Open Alea.27 L’analyse en composantes principales a été utilisée pour représenter les données issues de Caribu. Les deux premiers axes de cette ACP (> 99 % de la variabilité expliquée) représentent respectivement l’exposition de la feuille et les réflexions multiples. Le modèle azote a été appliqué à ces données spectrales. Pour une maquette donnée, nous avons pu observer que les organes soumis à des expositions fortes et ne présentant pas de réflexions multiples avaient une teneur en azote foliaire conforme à l’attendu alors que les triangles situés dans la partie basse du couvert, très soumise à des réflexions multiples, avaient une teneur en azote foliaire sous-estimée ( 0.4 points). Ces résultats sont présentés dans différents contextes architecturaux ; leurs implications sont discutées dans le cadre du développement de la technologie hyperspectrale pour l’estimation de la teneur en azote foliaire de couverts de blé.

Le signal reçu par un système optique de télédétection observant des milieux urbains est particulièrement complexe, en raison des particularités de ces derniers : occultations, ombres, éclairements réfléchis par les façades ou encore effets directionnels des matériaux urbains. Ces phénomènes rendent difficile la détermination automatique des matériaux directement à partir des luminances mesurées en entrée du capteur. L’objectif de cette thèse est de développer une méthode de transfert radiatif inverse, ICARE, permettant de déterminer la réflectance spectrale des matériaux urbains à partir d'images aéroportées très hautes résolutions spatiale et spectrale dans le domaine réflectif (0,4 µm ‒ 2,5 µm) en prenant simultanément en compte le relief en trois dimensions de la scène, sa forte hétérogénéité spatiale ainsi que les effets atmosphériques mis en jeu. La première partie de cette étude a été consacrée à une étude phénoménologique du signal sur un profil de rue typique de façon à analyser en détail les différents contributeurs radiatifs d’une telle scène. Cette étude nous a permis de mettre à jour les difficultés de la modélisation inverse notamment dans les zones d’ombre où les effets d'environnement sont prépondérants. Dans un second temps, des solutions physiques sont proposées pour modéliser chacun des termes intervenant dans l'équation de transfert radiatif et une approche itérative est mise en place pour résoudre le problème inverse. Dans un troisième temps, l'étude aborde la validation numérique et expérimentale du modèle. La validation numérique a été effectuée sur une image simulée par le code de transfert radiatif direct Amartis sur différents types de reliefs urbains, afin de vérifier la robustesse du modèle. La validation expérimentale a été effectuée avec succès à partir des données et images acquises pendant la campagne Capitoul qui s'est déroulée à Toulouse en avril 2004. The signal measured on urban areas by optical remote sensing is particularly complex because of the very specific structures of these areas : shadows, multiple reflections on the walls, and the directional effects of urban materials. These effects disrupt the incoming radiance at the sensor level and make the automatic classification of urban materials directly from the airborne radiance measurements, difficult. This thesis focuses on the development of a new physical model, ICARE, able to solve the radiative transfer inversion problem in urban areas, in the reflective domain (0.4 µm — 2.5 µm), from high spatial and spectral resolution images, taking into account the 3D-relief, the spatial heterogeneity of the scene and the atmospheric effects. First, a phenomenological study was performed on a simple urban scene (street profile) to analyze the contribution of the different components involved in the radiative transfer. Thus, the main difficulties of the inverse problem have been evaluated, particularly in shadow areas where environmental effects are preponderant. Secondly, we modeled separately the irradiance and radiance components at ground and sensor levels, and developed an iterative approach to solve the inverse problem. The last part of the study deals with the numeric and experimental validation of the model. The numeric validation was performed on different urban profiles using images simulated with the direct radiative transfer code Amartis in order to validate the different assumptions made. ICARE was then successfully validated on real images acquired over Toulouse during the Capitoul trial which took place in April 2004.