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Evapotranspiration (ET) is an important component of the hydrological cycle. In many ET estimation methods, surface temperature is an essential input variable. Surface temperature is remotely acquired in the thermal infrared (TIR) domain with varying view-earth-sun configurations. These multi-angular view geometries can lead to varying proportions of the canopy components being sampled in the FOV, and thus different temperatures being observed. This is termed thermal radiation directionality (TRD). It is important to account for TRD to ensure consistency in flux estimation irrespective of viewing configuration. In this study, we focus on single-pixel surface energy balance (SEB) ET models (and initial analyses on contextual SEB), and seek to analyze how thermal directionality influences such methods. For point-based SEB, we extended the SPARSE model, wherein the original SPARSE was modified to distinguish sunlit/shaded soil/vegetation sources, and coupled with a radiative transfer model that links these four element emissions to the directional thermal radiances as observed by remote sensors. Initial evaluations were carried out using historical data that included TIR sensors at nadir (tree cover, wheat and soybean) or in two directions only, on a homogeneous cover (wheat) for which the directional effects were minimal. To compensate for the absence of measurement sites having directional TIR acquisitions in a sufficient range of viewing angles, we set up a flux station on a heterogeneous canopy in Verdu, Spain. Both algorithms showed no observable differences in their estimation of total fluxes when run with nadir-acquired thermal data. Nonetheless, by incorporating the solar direction and discriminating between sunlit/shaded elements, we observed that the partitioning of these overall fluxes between the soil/vegetation could be improved particularly in water-stressed environments. The sensitivity of flux and component temperature estimates to the viewing direction of the sensor was tested by using two - simultaneously observed - sets of thermal data (nadir and oblique) to force the models where it was shown that sensitivity to viewing direction is significantly reduced. Over the heterogeneous Vine site, the sensitivity of component estimates to the viewing direction of the sensor was also tested by using reconstructed TIR data (nadir and oblique) to force the models. Here, we observed degradation in flux retrieval cross-row with better consistency along rows. Overall, it was nevertheless shown that by using the extended method, the sensitivity to viewing direction can be reduced. Separately, a synthetic study was performed in a homogeneous canopy using the SCOPE model, which is able to provide 'references' of surface components. Here, SPARSE4 was observed to improve directional consistency of the flux retrievals over wide-ranging simulation conditions. As with directional anisotropy, different conditions were observed to influence the retrieval consistency, with the main driver observed to be incoming radiation. Wind speed and vegetation fraction cover (as described by LAI) also influence the directional retrievals. Nonetheless, the retrieval inconsistencies (hence weak model performance) were observed to mostly influence retrievals at high zeniths, with minimal effects on near-nadir based retrievals. On how directionality influences the (T-fc) space as applied in contextual ET, initial experiments carried out utilizing the SMEX02 data and SCOPE show insignificant TRD effects when the AOI is close to the satellite's sub-track and in small scenes. This however does not necessarily apply when the AOI is located further off the sub-track (especially in the hotspot region). For a better contextual representation, other aspects (e.g. surface roughness) need to be considered. Nonetheless, simple positioning tools (i.e. Sun path diagrams + specifications of view geometry) can qualitatively help identify this TRD exposure.; L'ET est une composante importante du cycle hydrologique. Dans de nombreuses méthodes d'estimation de l'ET, la température de surface est une variable d'entrée essentielle. Il est acquise à distance dans le domaine de TIR avec différentes configurations de vue terre-soleil. Ces géométries de vue multi-angulaires peuvent conduire à des proportions variables des composants de la canopée échantillonnés dans le FOV, et donc à des températures différentes observées. C'est ce qu'on appelle la TRD. Il est important de prendre en compte le TRD pour assurer la cohérence de l'estimation du flux. Dans cette étude, nous nous concentrons sur les modèles ET de SEB à un seul pixel (et les analyses initiales sur le SEB contextuel), et nous cherchons à analyser comment la TRD influence ces méthodes. Pour le SEB ponctuel, nous avons étendu le modèle SPARSE. Le SPARSE original a été modifié pour distinguer les sources de sol/vég ensoleillées/ombragées, et couplé à un RTM qui relie ces quatre émissions d'éléments aux radiances thermiques directionnelles. Les premières évaluations ont été réalisées à partir de données historiques comprenant des capteurs TIR au nadir ou dans deux directions seulement, sur une couverture homogène pour laquelle les effets directionnels étaient minimes. Pour compenser l'absence de sites de mesure disposant d'acquisitions TIR directionnelles dans une gamme suffisante d'angles de vue, nous avons mis en place une station de flux sur une canopée hétérogène à Verdu. Les deux algorithmes n'ont montré aucune différence observable dans leur estimation des flux totaux. Néanmoins, en incorporant la direction du soleil et en discriminant les éléments éclairés/ombragés, nous avons observé que la partition de ces flux globaux entre le sol/vég pouvait être améliorée. La sensibilité des estimations de la température des flux et des composants à la direction d'observation du capteur a été testée en utilisant deux ensembles de données thermiques pour forcer les modèles où il a été montré que la sensibilité à la direction d'observation est considérablement réduite. Sur le site hétérogène de Vine, la sensibilité des estimations des composantes à la direction de visée du capteur a également été testée en utilisant des données TIR reconstruites. Ici, nous avons observé une dégradation de la récupération du flux entre les rangées, avec une meilleure cohérence le long des rangées. Dans l'ensemble, il a néanmoins été démontré qu'en utilisant la méthode étendue, la sensibilité à la direction de vue peut être réduite. Séparément, une étude synthétique a été réalisée dans une canopée homogène en utilisant le modèle SCOPE, qui est capable de fournir des "références" des composants. Dans ce cas, on a observé que SPARSE4 améliorait la cohérence directionnelle des récupérations de flux dans des conditions de simulation très variées. Différentes conditions ont été observées pour influencer la cohérence de l'extraction, le principal facteur étant le rayonnement entrant. La vitesse du vent et la fraction de couverture végétale influencent également les récupérations directionnelles. Néanmoins, on a observé que les incohérences des relevés (et donc les faibles performances du modèle) influençaient principalement les relevés à des zéniths élevés, avec des effets minimes sur les relevés basés sur le voisinage du nadir. En ce qui concerne l'influence de la directionnalité sur l'espace (T-fc) tel qu'il est appliqué dans l'ET contextuelle, les premières expériences montrent des effets TRD insignifiants lorsque l'AOI est proche de la sous-piste du satellite et dans les petites scènes. Cependant, cela ne s'applique pas nécessairement lorsque l'AOI est situé plus loin de la sous-piste (en particulier l'hotspot). Pour une meilleure représentation contextuelle, d'autres aspects (par exemple, la rugosité de la surface) doivent être pris en compte. Néanmoins, des outils de positionnement simples peuvent aider qualitativement à identifier cette exposition au TRD.

Knowledge and monitoring of atmospheric aerosol chemical composition is highly important for the understanding and evaluation of Earth's climate, environmental processes and air quality. The aerosol composition drives the efficiency of interactions with clouds, direct interaction of radiation with the Particulate Matter, impact on marine ecosystem after the aerosol deposition, etc.. Mineral dust represents the second, after the marine aerosol, largest fraction of the global atmospheric aerosol emissions. The net radiative effect of the atmospheric dust depends on its mineralogical composition. The vast variety of soil mineralogy determines the variability of airborne dust composition, but direct link between them is not evident. Mineralogical composition of volcanic ash is even less predictable, while has an importance for aviation safety. Finally, the fraction of aerosol hygroscopic species is determinant for aerosol cloud interactions. The objective of this thesis is to establish a framework for the combined and consistent retrieval of atmospheric aerosol optical properties and aerosol components using synergy of solar and Thermal Infrared (TIR) measurements. The implementation is done as part of the GRASP algorithm (Dubovik et al., 2021). Synergy between both parts of the spectra is expected to provide an enhanced sensitivity to aerosol microphysical properties as well as a finer characterization of the mineral dust components, e.g. Quartz and clays fractions separation. The presented development is an extension the of previously developed GRASP/Components approach (Li et al., 2019). An important update has been done on the incorporation of Planck emission into the Successive Orders of Scattering radiative transfer scheme that is employed in the GRASP algorithm. In addition, line-by-line and K-Distribution methodologies to integrate gas absorption lines and a methodology to deal with the highly varying aerosol refractive index in TIR was implemented in order to fulfill the objectives. Synthetic tests were performed to evaluate the accuracy of (i) the designed methodology for the measurements simulation of a thermal infrared radiometer and (ii) the updated aerosol components parameterization. Furthermore, a synthetic study was conducted to evaluate the influence of a priori assumed information. An enhancement of the sensitivity to the coarse mode particles, a finer characterization of the dust components, the retrieval of the Aerosol Mean Height (AMH) from passive measurements and finally the retrieval of total column water vapor concentration was illustrated as possible based on the Solar-TIR measurements synergy. Namely, the new combined solar-TIR GRASP/Components retrieval algorithm was applied to the AERONET (AErosol RObotic Network) (Holben et al., 1998) sun photometer and the CLIMAT Thermal Infrared radiometer (Legrand et al., 1999; Brogniez et al., 2003) combined measurements conducted by LOA in Senegal. The observations conducted between November 2020 to April 2021 at the Dakar Belair site were selected for the application of the Solar-TIR GRASP/Components retrieval. A high degree of agreement was found between the derived values and the corresponding standard AERONET retrievals. Moreover, it was found that the total column water vapor and AMH can be retrieved simultaneously with the aerosol characteristics. The retrievals showed good correlation with the independently derived AERONET precipitable water and a qualitative agreement with lidar aerosol profiles observations. The future steps of this work include a further validation of the retrieved aerosol components. The perspective is in the algorithm application to combined 3MI and IASI-NG sensors that will fly onboard of MetOp-SG A space mission or similar.; La connaissance et le suivi de la composition chimique des aérosols atmosphériques sont très importants pour la compréhension et l'évaluation du climat, des processus environnementaux et de la qualité de l'air. La composition des aérosols détermine l'efficacité des interactions avec les nuages, l'interaction directe avec le rayonnement, l'évaluation de « Particulate Matter » (PM) et l'impact sur l'écosystème marin après le dépôt des aérosols. Les poussières minérales représentent la deuxième, après les aérosols marins, plus grande fraction des émissions des aérosols. L'effet radiatif net de la poussière atmosphérique dépend de sa composition minéralogique. La grande variété de la minéralogie du sol détermine la variabilité de la composition des poussières atmosphériques, mais un lien direct entre les deux n'est pas évident. L'objectif de cette thèse est d'établir un cadre pour la restitution cohérente des propriétés optiques des aérosols atmosphériques et des composants des aérosols en utilisant la synergie des mesures solaires et infrarouges thermiques (TIR). L'implémentation de ce développement est faite dans le cadre de l'algorithme GRASP (Dubovik et al., 2021). La synergie entre les deux parties des spectres vise à améliorer la sensibilité aux propriétés microphysiques des aérosols et de caractériser plus finement les composants minéralogiques de la poussière, par exemple en séparant les fractions de quartz et d'argile. Le développement présenté est une extension de l'approche GRASP/Component développée précédemment (Li et al., 2019). Une nouveauté importante est l'intégration de l'émission Planck dans le schéma de transfert radiatif de Ordres Successifs de Diffusion qui est employé par l'algorithme GRASP. En outre, des méthodologies line-by-line et K-Distribution pour intégrer les lignes d'absorption des gaz et une méthodologie pour traiter l'indice de réfraction très variable des aérosols minéraux dans le TIR ont été implémentées afin de remplir les objectifs. Des tests synthétiques ont été réalisés pour évaluer la précision i) de la méthodologie conçue pour les simulations de mesures d'un radiomètre infrarouge thermique et ii) de la paramétrisation réactualisée des composants de l'aérosol. En outre, une étude a été menée sur l'influence des informations supposées a priori. Une amélioration de la sensibilité aux grosses particules, une caractérisation plus fine des composants de la poussière, la restitution de la hauteur moyenne de couche des aérosols à partir de mesures passives et enfin la restitution de la concentration totale dans la colonne atmosphérique de vapeur d'eau ont été illustrées comme faisables en s'appuyant sur la synergie des mesures Solaire-TIR. Ainsi, le nouvel algorithme de restitution GRASP/Component combinant le spectre solaire-TIR a été appliqué aux mesures combinées du photomètre solaire AERONET (Holben et al., 1998) et du radiomètre infrarouge thermique CLIMAT (Legrand et al., 1999; Brogniez et al., 2003) au Sénégal. Les observations réelles, obtenues entre novembre 2020 et avril 2021 sur le site de Dakar Belair, ont été sélectionnées pour l'application de l’algorithme. Un accord important a été trouvé entre les valeurs restituées et les résultats correspondants du produit standard d'AERONET. Il a été constaté que la vapeur d'eau totale dans la colonne atmosphérique et la hauteur moyenne de couche des aérosols peuvent être restituées simultanément avec les caractéristiques des aérosols. Les restitutions ont montré une bonne corrélation avec la vapeur d'eau dérivée indépendamment par l’algorithme AERONET et un accord qualitatif a été observé avec les mesures de profils d'aérosols par un système lidar. Les étapes suivantes du travail incluent une validation plus poussée des composants d'aérosol restitués. La perspective réside dans l'application de l'algorithme à une combinaison des capteurs 3MI et IASI qui seront lancé à bord de la mission spatiale MetOp-SG A ou des missions similaires.

The main objective of this thesis is to develop new satellite observations of volcanic sulphate aerosols, in the Thermal InfraRed (TIR). We found, as first results, that it is important to consider the radiative interference between sulphate aerosols and SO₂ in order to optimize satellite retrievals of the two species. For a simulated volcanic eruption, the mutual effect of SO₂ and sulphate aerosols on the TIR outgoing radiation is evident after three to five days from the eruption. Significant overestimations may be introduced in SO₂ retrievals if the presence of sulphate aerosols is not taken into account. The high spectral resolution of IASI instrument allows the observation of these two effluents as independent quantities with limited uncertainties. Based on these results, we developed a new retrieval algorithm using IASI observations, called AEROIASI-Sulphates, to measure vertically-resolved sulphates aerosols extinctions and mass concentration profiles. The algorithm is applied to a moderate eruption of Mount Etna volcano. AEROIASI-Sulphates correctly identifies the volcanic sulphate aerosols plume morphology both horizontally and vertically after comparisons with SO₂ plume observations and simulations. For an initial sulphur mass of 1.5 kT, 60 % of the injected sulphur mass is converted to particulate matter after 24 h from the beginning of the eruption. A shortwave and direct radiative forcing of -0.8 W/m² is exerted at the regional scale in the western Mediterranean area. This is the first time that sulphate aerosols are quantitatively observed from space-based instruments in the nadir geometry, which is of great importance to monitor and quantify volcanic emissions, their evolution and impacts at the regional scale.; Cette thèse s'intéresse au développement de nouvelles méthodes d’observation spatiale des aérosols sulfatés volcaniques, dans l’infrarouge thermique. Les premiers travaux ont débouché sur l’importance de considérer les interférences radiatives entre les aérosols sulfatés et le SO₂ afin d’optimiser les observations satellitaires des deux espèces dans cette région spectrale. Pour une éruption volcanique simulée, le signal des aérosols sulfatés domine dans le spectre infrarouge à partir de 3 à 5 jours de l’éruption volcanique, entrainant des surestimations sur les observations du SO₂. Observées conjointement avec des capteurs infrarouges à haute résolution spectrale, comme MetOp-IASI, les deux espèces peuvent être restituées indépendamment. À la lumière de ces observations, un algorithme d'inversion appelé AEROIASI-Sulphates a été développé afin de restituer des profils verticaux d’extinctions et de concentration massiques des aérosols sulfatés à partir des mesures IASI. AEROIASI-Sulphates identifie correctement la morphologie du panache volcanique horizontalement ainsi que verticalement après un jour de l’éruption du volcan Etna (Mars 2012) et ceci est confirmé à travers la comparaison avec les observations et les simulations du panache de SO₂. Pour une quantité de soufre initiale de 1.5 kT, 60 % de la masse de soufre injectée est convertie en particules après 24h de l'éruption. Un forçage radiatif direct en ondes courtes, calculé à l'échelle régionale pour la zone Méditerranéenne occidentale, a été estimé à -0.8 W/m². Il s’agit de la première quantification des aérosols sulfatés à partir d’un instrument spatial en géométrie nadir, ce qui présente une grande importance pour mieux comprendre les processus de dégazage volcanique et pour évaluer l’impact climatique des éruptions volcaniques à l’échelle régionale.

The main objective of this thesis is to develop new satellite observations of volcanic sulphate aerosols, in the Thermal InfraRed (TIR). We found, as first results, that it is important to consider the radiative interference between sulphate aerosols and SO₂ in order to optimize satellite retrievals of the two species. For a simulated volcanic eruption, the mutual effect of SO₂ and sulphate aerosols on the TIR outgoing radiation is evident after three to five days from the eruption. Significant overestimations may be introduced in SO₂ retrievals if the presence of sulphate aerosols is not taken into account. The high spectral resolution of IASI instrument allows the observation of these two effluents as independent quantities with limited uncertainties. Based on these results, we developed a new retrieval algorithm using IASI observations, called AEROIASI-Sulphates, to measure vertically-resolved sulphates aerosols extinctions and mass concentration profiles. The algorithm is applied to a moderate eruption of Mount Etna volcano. AEROIASI-Sulphates correctly identifies the volcanic sulphate aerosols plume morphology both horizontally and vertically after comparisons with SO₂ plume observations and simulations. For an initial sulphur mass of 1.5 kT, 60 % of the injected sulphur mass is converted to particulate matter after 24 h from the beginning of the eruption. A shortwave and direct radiative forcing of -0.8 W/m² is exerted at the regional scale in the western Mediterranean area. This is the first time that sulphate aerosols are quantitatively observed from space-based instruments in the nadir geometry, which is of great importance to monitor and quantify volcanic emissions, their evolution and impacts at the regional scale., Cette thèse s'intéresse au développement de nouvelles méthodes d’observation spatiale des aérosols sulfatés volcaniques, dans l’infrarouge thermique. Les premiers travaux ont débouché sur l’importance de considérer les interférences radiatives entre les aérosols sulfatés et le SO₂ afin d’optimiser les observations satellitaires des deux espèces dans cette région spectrale. Pour une éruption volcanique simulée, le signal des aérosols sulfatés domine dans le spectre infrarouge à partir de 3 à 5 jours de l’éruption volcanique, entrainant des surestimations sur les observations du SO₂. Observées conjointement avec des capteurs infrarouges à haute résolution spectrale, comme MetOp-IASI, les deux espèces peuvent être restituées indépendamment. À la lumière de ces observations, un algorithme d'inversion appelé AEROIASI-Sulphates a été développé afin de restituer des profils verticaux d’extinctions et de concentration massiques des aérosols sulfatés à partir des mesures IASI. AEROIASI-Sulphates identifie correctement la morphologie du panache volcanique horizontalement ainsi que verticalement après un jour de l’éruption du volcan Etna (Mars 2012) et ceci est confirmé à travers la comparaison avec les observations et les simulations du panache de SO₂. Pour une quantité de soufre initiale de 1.5 kT, 60 % de la masse de soufre injectée est convertie en particules après 24h de l'éruption. Un forçage radiatif direct en ondes courtes, calculé à l'échelle régionale pour la zone Méditerranéenne occidentale, a été estimé à -0.8 W/m². Il s’agit de la première quantification des aérosols sulfatés à partir d’un instrument spatial en géométrie nadir, ce qui présente une grande importance pour mieux comprendre les processus de dégazage volcanique et pour évaluer l’impact climatique des éruptions volcaniques à l’échelle régionale.

International audience; Thermal infrared remote sensing observations have been widely used to provide useful information on surface energy and water stress for estimating evapotranspiration (ET). However, the revisit time of current high spatial resolution (

International audience; a r t i c l e i n f o This study assesses the performance of the SCOPE model (Van der Tol et al., 2009) to reproduce directional anisotropy of remote sensing thermal infrared measurements. A calibration/validation exercise over two datasets (winter wheat and young pine stand) on energy balance fluxes is presented. Surface sensible and latent heat fluxes are correctly simulated (with RMSE in the range of 30–50 W • m −2) together with directional temperatures in 4 different viewing geometries (RMSE b 1.4 K) for both canopies. The sensitivity of the model to two critical but uncertain parameters, the maximum carboxylation capacity V cmo , and a stomatal parameter λ (the marginal water cost of carbon assimilation) is discussed; it is shown that anisotropy displays limited sensitivity to both parameters for the experimental conditions met over a well-watered wheat field. The ability of SCOPE to simulate anisotropy is finally illustrated by a qualitative comparison against experimental measurements obtained over a mature pine stand using an airborne TIR camera. SCOPE-simulated TIR directional anisotropy appears to be consistent with the experimental data.

We investigated the use of multispectral thermal imagery to retrieve land surface emissivity and temperature. Conversely to concurrent methods, the temperature emissivity separation (TES) method simply requires single overpass without any ancillary information. This is possible since TES makes use of an empirical relationship that estimates the minimum emissivity epsilon-min from the emissivity spectral contrast captured over several channels, so-called maximum-minimum difference (MMD). In previous studies, the epsilon-min-MMD empirical relationship of TES was calibrated and validated for various sensor spectral configurations, where the proposed calibrations involved single or linearly mixed spectra of emissivity at the leaf or soil level. However, cavity effect should be taken into account at the vegetation canopy level, to avoid an underestimation of emissivity, especially for intermediate vegetation conditions between bare soil and full vegetation cover. The current study aimed to evaluate the performances of the TES method when applied to vegetation canopies with cavity effect. We used the SAIL-Thermique model to simulate a library of emissivity spectra for a wide range of soil and plant conditions, and we addressed the spectral configurations of recent and forthcoming sensors. We obtained good results for calibration and validation over the simulated library, except for full cover canopies because of the TES gray body problem. Consistent with previous studies, the calibration/validation results were better with more channels that capture emissivity spectral contrast more efficiently. Our TES calibrations provided larger epsilon-min values as compared to former studies, especially for intermediate vegetation cover. We explained this trend by the simulated spectral library that involved numerous vegetation canopies with cavity effect, thereby shifting up the epsilon-min-MMD empirical relationship. Consequently, our TES calibration provided larger (respectively lower) estimates of emissivity (respectively radiometric temperature) that were likely to be more realistic as compared to previous calibrations. Finally, SAIL-Thermique simulations permitted to show that increasing Leaf Area Index induced a displacement of the (epsilon-min, MMD) pairs along the empirical relationship. This was consistent with the TES underlying assumption, where any change in epsilon-min induces changes in MMD since epsilon-max is bounded on [0.98-1]. Further investigations should focus on validating the outcomes of the current study against ground-based measurements, and on assessing TES performances when accounting for instrumental and atmospheric perturbations.

Evapotranspiration (ET) estimates are particularly needed for monitoring the available water of arid lands. Remote sensing data offer the ideal spatial and temporal coverage needed by irrigation water management institutions to deal with increasing pressure on available water. Low spatial resolution (LR) products present strong advantages. They cover larger zones and are acquired more frequently than high spatial resolution (HR) products. Current sensors such as Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) offer a long record history. However, validation of ET products at LR remains a difficult task. In this context, the objective of this study is to evaluate scaling properties of ET fluxes obtained at high and low resolution by two commonly used Energy Balance models, the Surface Energy Balance System (SEBS) and the Two-Source Energy Balance model (TSEB). Both are forced by local meteorological observations and remote sensing data in Visible, Near Infra-Red and Thermal Infra-Red spectral domains. Remotely sensed data stem from Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) and MODIS sensors, respectively, resampled at 100 m and 1000 m resolutions. The study zone is a square area of 4 by 4 km(2) located in a semi-arid irrigated agricultural zone in the northwest of Mexico. Wheat is the dominant crop, followed by maize and vegetables. The HR ASTER dataset includes seven dates between the 30 December 2007 and 13 May 2008 and the LR MODIS products were retrieved for the same overpasses. ET retrievals from HR ASTER products provided reference ET maps at LR once linearly aggregated at the km scale. The quality of this retrieval was assessed using eddy covariance data at seven locations within the 4 by 4 km(2) square. To investigate the impact of input aggregation, we first compared to the reference dataset all fluxes obtained by running TSEB and SEBS models using ASTER reflectances and radiances previously aggregated at the km scale. Second, we compared to the same reference dataset all fluxes obtained with SEBS and TSEB models using MODIS data. LR fluxes obtained by both models driven by aggregated ASTER input data compared well with the reference simulations and illustrated the relatively good accuracy achieved using aggregated inputs (relative bias of about 3.5% for SEBS and decreased to less than 1% for TSEB). Results also showed that MODIS ET estimates compared well with the reference simulation (relative bias was down to about 2% for SEBS and 3% for TSEB). Discrepancies were mainly related to fraction cover mapping for TSEB and to surface roughness length mapping for SEBS. This was consistent with the sensitivity analysis of those parameters previously published. To improve accuracy from LR estimates obtained using the 1 km surface temperature product provided by MODIS, we tested three statistical and one deterministic aggregation rules for the most sensible input parameter, the surface roughness length. The harmonic and geometric averages appeared to be the most accurate.

Acquiring the surface temperature is important in various research fields needing to quantify the surface energy balance (e.g. meteorology, hydrology, climatology, etc.). For such task, high-spatial resolution satellite thermal infrared (TIR) measurements are promising, but due to constraints in the specifications of space missions, TIR satellite images are prone to temporal and spatial variability in the measurement acquisition in relation with the rapid feedback between the surface temperature and atmospheric turbulence. This variability in measurement acquisition may limit the data accuracy. During daytime, the fluctuations of surface temperature are governed by large-scale convective eddy motions in the outer atmosphere and local coherent eddies forming over vegetation canopies. To estimate the possible error related to these fluctuations, it is necessary to understand the extent of their length- and time-scales. With such motivation, an experiment was conducted in 2015 in the Landes forest in France. A TIR camera overlooking a maritime pine forest stand (15-20 m high) was set up to acquire the surface temperatures at high spatial and temporal resolutions (≈10 m, 10 Hz), together with wind velocity from a sonic anemometer. A scaling analysis of the measurements (Fourier, wavelets, etc.) is performed to identify the scaling regime of the surface temperature fluctuations following the atmospheric stability. We discuss these results in the context of satellite thermal imagery uncertainties.

Les données de télédétection dans l'infrarouge thermique (IRT) sont une source indispensable d'information pour estimer les flux de surface et suivre le fonctionnement des agro-écosystèmes. Cependant, les mesures de température de surface sont sujettes à des effets directionnels très importants (présence de 'hot spot') pouvant entraîner une erreur allant jusqu’à une dizaine de degrés Celsius. Ils doivent être pris en compte en vue des applications opérationnelles. Le travail proposé ici vise à modéliser l’anisotropie directionnelle des couverts végétaux pour mettre au point des méthodes opérationnelles de correction des mesures satellitaires de température de surface. Il est largement motivé par les projets du CNES visant à élaborer une mission spatiale nouvelle combinant une haute résolution spatiale et des capacités fortes de revisite dans l’IRT. Deux étapes de travail ont été menées. La première repose sur l’utilisation du modèle déterministe de transfert Sol- Végétation-Atmosphère SCOPE (Soil Canopy Observation, Photochemistry and Energy fluxes), capable de simuler les radiances directionnelles dans l’optique et l’IRT. Dans ce manuscrit, il est validé par rapport à des mesures de terrain et sa capacité à simuler correctement les effets d'anisotropie démontrée. Il est ensuite utilisé pour étudier de façon systématique la sensibilité de l'anisotropie directionnelle à la structure de la canopée, à son état hydrique, au forçage météorologique et aux configurations angulaires solaire et de visée. Les conséquences en terme d’impact combiné des caractéristiques orbitales des satellites, de la position géographique des sites observés et de la date d'acquisition sur l’anisotropie sont discutées. La seconde étape vise à proposer un modèle paramétrique simplifié (dit RL). SCOPE est ici utilisé en tant que générateur de données. Le modèle RL se révèle robuste et capable de restituer avec succès les signatures directionnelles sur le plan géométrique (position du hot spot) comme pour l’amplitude des effets directionnels. Une comparaison avec le seul autre modèle paramétrique utilisé jusqu'alors en télédétection IRT (le modèle de Vinnikov) confirme les qualités du modèle RL, ce qui en fait un candidat potentiel pour les chaines de traitement des futures données satellitaires.

Remotely-sensed data in thermal infrared (TIR) are an essential source of information to estimate surface fluxes and to monitor the functioning of agro-ecosystems. However, surface temperature measurements are prone to directional effects ('hot spot' phenomenon)which may result in an error up to 10°C. They have to be taken into account in the framework of operational applications. The work proposed here aims at modelling the directional anisotropy of continuous vegetated canopies in order to develop operational methods for correcting land surface temperature measurements carried out by TIR satellites. This work is mainly motivated by the CNES projects aiming at developing a new TIR spatial mission combining both high spatial resolution and high revisit time capacities. Two steps were carried out. The first is based on the use of the deterministic SVAT model SCOPE (Soil Canopy Observation, Photochemistry and Energy fluxes), able to simulate directional radiances at top of canopy in both optical and TIR domains. In this thesis, it is validated against experimental measurements and its ability to successfully simulate TIR directional anisotropy demonstrated. Then it is used to study the sensitivity of anisotropy to canopy structure, water status of soil and vegetation, meteorological forcing and solar and observer angular configurations. The consequences of the combined features of satellites orbits, geographical position of the scanned sites and acquisition date on anisotropy are discussed. In the second part, we propose a simplified parametric model (called 'RL'). SCOPE is used as a data generator. The RL model is deemed suitable and able to correctly reproduce directional signatures both in terms of geometry (hot spot position) and amplitude of these effects. A comparison with the only one parametric model previously used in TIR remote sensing (Vinnikov's approach) confirms the good capacities of the RL model. The RL model is thus a potential candidate to the future satellite processing chains.; Les données de télédétection dans l'infrarouge thermique (IRT) sont une source indispensable d'information pour estimer les flux de surface et suivre le fonctionnement des agro-écosystèmes. Cependant, les mesures de température de surface sont sujettes à des effets directionnels très importants (présence de 'hot spot') pouvant entraîner une erreur allant jusqu'à une dizaine de degrés Celsius. Ils doivent être pris en compte en vue des applications opérationnelles. Le travail proposé ici vise à modéliser l'anisotropie directionnelle des couverts végétaux pour mettre au point des méthodes opérationnelles de correction des mesures satellitaires de température de surface. Il est largement motivé par les projets du CNES visant à élaborer une mission spatiale nouvelle combinant une haute résolution spatiale et des capacités fortes de revisite dans l'IRT. Deux étapes de travail ont été menées. La première repose sur l'utilisation du modèle déterministe de transfert Sol-Végétation-Atmosphère SCOPE (Soil Canopy Observation, Photochemistry and Energy fluxes), capable de simuler les radiances directionnelles dans l'optique et l'IRT. Dans ce manuscrit, il est validé par rapport à des mesures de terrain et sa capacité à simuler correctement les effets d'anisotropie démontrée. Il est ensuite utilisé pour étudier de façon systématique la sensibilité de l'anisotropie directionnelle à la structure de la canopée, à son état hydrique, au forçage météorologique et aux configurations angulaires solaire et de visée. Les conséquences en terme d'impact combiné des caractéristiques orbitales des satellites, de la position géographique des sites observés et de la date d'acquisition sur l'anisotropie sont discutées. La seconde étape vise à proposer un modèle paramétrique simplifié (dit RL). SCOPE est ici utilisé en tant que générateur de données. Le modèle RL se révèle robuste et capable de restituer avec succès les signatures directionnelles sur le plan géométrique (position du hot spot) comme pour l'amplitude des effets directionnels. Une comparaison avec le seul autre modèle paramétrique utilisé jusqu'alors en télédétection IRT (le modèle de Vinnikov) confirme les qualités du modèle RL, ce qui en fait un candidat potentiel pour les chaines de traitement des futures données satellitaires.

The transfer of energy and water, as well as gaseous components, in the soil–plant–atmosphere system plays a crucial role in many processes involved in climate change. The surface energy balance drives both evapotranspiration (closely linked to the CO2 flux) and sensible heat flux. By providing direct information on heat dissipation efficiency, surface temperature appears to be a key variable. In particular, a lot of work has been conducted on estimating evapotranspiration from thermal infrared (TIR) remote sensing measurements, in order to derive information relevant to agriculture (monitoring plant growth, detection of water stress, crop yield forecasting, etc.) or hydrology (water cycle monitoring, catchment water budget, etc.). This chapter first very succinctly presents the relationship between surface temperature and the surface energy balance, providing the reader with reference publications for further reading. This is followed by a review of the data available in the thermal infrared (TIR) domain and an analysis of various sources of uncertainty affecting surface temperature measurements and their impact on the final accuracy. The different methods for estimating and spatializing actual evapotranspiration (AET) are then discussed. Finally, practical applications of TIR information other than AET are briefly mentioned.

International audience; The genetic variability of fruit trees in response to drought stress is scarcely studied. As adaptation of scion cultivars to abiotic constraints constitutes a new challenge for fruit production, in particular where water scarcity is likely to occur, development of high-throughput phenotyping strategies applicable in the field to assess the tree response to soil drought among large populations is needed, overcoming the limitations of usual in-planta measurements. In this research, remotely sensed images were acquired by ultra-light aircraft (ULA) and an unmanned aerial vehicle (UAV) during 4 years in a field trial where an apple progeny (122 hybrids) was studied under contrasted summer irrigation regimes. Ortho-images were simultaneously acquired in visible (RGB), near-infrared (NIR) and thermalinfrared (TIR) bands. After rthorectification, georeferencing and mosaicking, RGB and NIR images were used to compute different vegetation indices over the field trial, while TIR imaging allowed extraction of the vegetation surface temperature (Ts), which was calibrated at ground level by using hot and cold reference targets. The Morans'f water deficit index (WDI), which combines the surface minus air temperature (Ts-Ta) and the normalized difference vegetation index (NDVI), was used as a stress phenotypic variable. WDI estimates the ratio of actual to maximal evapotranspiration (WDI=1.ETact/ETmax) in discontinuous plant covers. Like the Ts-Ta variable, it significantly discriminated the tree water statuses and genotypes. On the basis of different plant- and image-based indices, individual tree behaviour trends (isohydric vs. anisohydric) can be distinguished among the progeny, irrespective of tree vigour. This opens potential applications for plant breeding, and genetic bases of apple tree response to water stress are currently investigated through quantitative trait locus (QTL) detection. Making use of ULA with flights performed at 40-60 m altitude made it possible to strongly improve the TIR image resolution ('10 cm) and to limit the number of vegetation/soil mixed pixels. However, it will require careful image posttreatment, possibly including classification and/or segmentation.

International audience

La vapeur d’eau est le principal gaz à effet de serre de l’atmosphère et implique un processus de rétroaction climatique positif qui se traduit par une augmentation importante de l’humidité dans la troposphère dans les prochaines décennies. La vapeur d’eau joue également un rôle primordial dans le système climatique, notamment via le transport d’énergie de l’équateur vers les pôles. Malgré ceci, la compréhension des mécanismes qui contrôlent la distribution de la vapeur d’eau sur le globe reste insuffisante, ce qui se répercute sur les prédictions de l’évolution de notre climat. Depuis quelques années, les observations de la composition isotopique de la vapeur d’eau se sont révélées être particulièrement utiles pour aider à mieux comprendre les processus hydrologiques car les différents isotopologues de la vapeur d’eau (H216O, H218O, HDO) se comportent différemment selon les processus en jeu.Dans cette perspective, les mesures de radiances du système terre-atmosphère dans l’infrarouge thermique par l’Interféromètre Atmosphérique de Sondage Infrarouge (IASI) à bord de la plateforme météorologique MetOp, peuvent fournir des observations du rapport isotopique δD (rapport HDO/H216O), à l’échelle globale et à haute résolution spatio-temporelle, pour autant que la restitution du rapport puisse être obtenue avec une précision suffisante.Dans ce travail, nous présentons une méthodologie robuste et précise pour la restitution du profil de δD à partir des spectres IASI. Basée sur la méthode d’estimation optimale, elle consiste à appliquer des contraintes d’inversion adaptées afin d’obtenir des profils de δD fiables. Nous décrivons le choix de celles-ci et nous montrons que la méthode mise en place permet de fournir des profils de δD qui présentent un maximum de sensibilité dans la troposphère libre. L’adéquation de la méthode mise en place est ensuite évaluée grâce à une étude d’inter-comparaison avec des mesures dérivées de l’instrument spatial TES (Tropospheric Emission Spectrometer sur AURA) et FTIR localisés au sol. L’exactitude des profils IASI a aussi pu être déterminée grâce à des comparaisons avec des mesures in situ. Dans une autre partie du travail, nous nous attachons à préciser les applications liées à l’utilisation des nouvelles mesures dans le domaine des géosciences. Nous documentons ainsi les capacités du sondeur IASI à fournir des mesures de δD à une résolution spatio-temporelle inégalée et décrivons les diverses distributions obtenues. Nous montrons et analysons notamment les premières cartes globales à haute résolution de δD dans la troposphère. Les mesures de δD et de l’humidité sont analysées conjointement à l’aide de modèles simples et permettent de démontrer la plus-value mesures de δD depuis les satellites. Parmi les résultats les plus significatifs, citons la mise en évidence de la signature isotopique des différentes sources de la vapeur d’eau (évaporation continentale/océanique), et celle de l’empreinte des différents processus hydrologiques qui contrôlent l’humidification de l’atmosphère (convection, mélange de masse d’air, ré-évaporation des gouttes de pluie)., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/nonPublished

International audience

In a global warming context, estimation of evapotranspiration (ET) over agricultural landscapes is of great interest for water resources management at crop and watershed scales. ET can be estimated spatialy by combining soil-vegetation-atmosphere transfer (SVAT) modeling, and satellite data. In particular, thermal infra-red (TIR) data allows retrieving surface temperature (LST) which is a precious information regarding energy budgets solving. In this context, this thesis focuses on multi-resolutions intercomparison of 2 approaches: 1. By simulating with TSEB [Norman et al. , 1995a], a surface energy budget (SEB) model forced directly with TIR data at hectometric and kilometric resolutions. It is designed to be driven with remote sensing data, but simplified and thus limited. 2. By agregating high spatial resolution (crop scale) estimations from SEtHyS [Coudert et al. , 2006] model, a more complex model which solves water budget and can be constrained by TIR data. It requires more parameters and inputs which make it trickier to spatialize. In a first part in-situ data acquired over 3 experimental sites in France and Morocco allowed calibration, performances evaluation and sensitivity analyses of models for various cases (temperate and semi-arid climate, kind of culture, phenological stage, hydric stress. . . ), which highlighted their domains of validity and prepared spatialization phase. In a second part, a tool was developed in order to handle semi-automatically spatialized multiresolutions ET estimations with both approaches. Spatialization scenarios were tested (variability of soil water contents, soil depth, and meteorological forcing) and an innovative method was proposed to inverse irrigation amounts from relative information available among a LST image. This part allowed to implement the first bricks of an exploratory work and open interesting perspectives regarding data assimilation for irrigation monitoring, but also for studying impact of spatialization of rain, impact of slopes on radiative transfer, and enhancement of low spatial resolution ET products.; Dans un contexte de réchauffement climatique, l'estimation de l'évapotranspiration (ET) sur des paysages agricoles présente un enjeu considérable pour la gestion des ressources en eau aux échelles du parcellaire et des bassins versants. L'ET peut être estimée de façon spatialisée en combinant la modélisation des transferts d'énergie et d'eau à l'interface sol-végétation-atmosphère (SVAT), et l'utilisation de données satellitaires. En particulier les données infra-rouge thermique (IRT) permettent d'évaluer la température de surface (TS) et constituent une information précieuse pour la résolution des bilans d'énergie. Dans ce contexte cette thèse s'intéresse à l'intercomparaison multi-résolutions de 2 approches : 1. En simulant avec TSEB [Norman et al. , 1995a], un modèle de bilan d'énergie en surface (SEB) forcé directement avec des données IRT de résolutions hectométrique à kilométrique. Il est conçu pour être piloté par télédétection mais simplifié et donc limité. 2. En agrégeant les estimations à haute résolution spatiale (à l'échelle de la parcelle agricole) issues du modèle SEtHyS [Coudert et al. , 2006], un modèle plus complexe qui inclue la résolution du bilan d'eau et qui peut être contraint par des données IRT. Il nécessite la connaissance d'un plus grand nombre de paramètres et d'entrées ce qui rend sa spatialisation plus délicate. Dans une première partie des données in-situ recueillies sur 3 sites expérimentaux en France et au Maroc ont permis d'étalonner les modèles, d'évaluer leurs performances et d'effectuer des analyses de sensibilité pour différents cas de figure (climat tempéré ou semi-aride, type de culture, stade phénologique, stress hydrique. . . ), et ainsi mettre en évidence leurs domaines de validité et préparer la phase de spatialisation. Dans une seconde partie, un outil a été développé afin de gérer de façon semi-automatisée les simulations spatialisées multi-résolutions de l'ET avec les 2 approches. Des scénarios de spatialisation ont été testés (variabilité sur les contenus en eau du sol, la profondeur de sol, et le forçage météorologique), et une méthode innovante a été proposée afin d'inverser des quantités d'irrigation à partir de l'information relative contenue dans une image de TS. Cette partie a permis de mettre en place les premières briques d'un travail exploratoire et ouvre des perspectives intéressantes quant à l'assimilation de données pour le suivi de l'irrigation, mais aussi pour l'étude de l'impact de la spatialisation des pluies, de l'impact des pentes sur le transfert radiatif, et l'amélioration des produits ET à basse résolution spatiale.

Land surface temperature (LST) is one of the most important meteorologicalvariables giving access to water and energy budgets governing the Biosphere-Atmosphere continuum. To better monitor vegetation and energy states, we need hightemporal and spatial resolution measures of LST because its high variability in spaceand time.Despite the growing availability of Thermal Infra-Red (TIR) remote sensing LSTproducts, at different spatial and temporal resolutions, both high spatial resolution(HSR) and high temporal resolution (HTR) TIR data is still not possible because ofsatellite resolutions trade-off : the most frequent LST products being low spatial resolution(LSR) ones.It is therefore necessary to develop methods to estimate HSR/HTR LST from availableTIR LSR/HTR ones. This solution is known as "downscaling" and the presentthesis proposes a new approach for downscaling LST based on Data Assimilation (DA)methods. The basic idea is to constrain HSR/HTR LST dynamics, simulated by a dynamicalmodel, through the minimization of their respective aggregated LSTs discrepancytoward LSR observations, assuming that LST is homogeneous at the land cover typescale inside the LSR pixel.Our method uses a particle smoother DA method implemented in a land surfacemodel : SETHYS model (Suivie de l’Etat Hydrique de Sol). The proposed approach hasbeen firstly evaluated in a synthetic framework then validated using actual TIR LSTover a small area in South-East of France. Meteosat LST time series were downscaledfrom 5km to 90m and validated with ASTER HSR LST over one day. The encouragingresults conducted us to expand the study area and consider a larger assimilation periodof seven months. The downscaled Meteosat LSTs were quantitatively validated at1km of spatial resolution (SR) with MODIS data and qualitatively at 30m of SR withLandsat7 data. The results demonstrated good performances with downscaling errorsless than 2.5K at MODIS scale (1km of SR).; La température des surfaces continentales (LST) est une variable météorologiquetrès importante car elle permet l’accès aux bilans d’énergie et d’eau ducontinuum Biosphère-Atmosphère. Sa haute variabilité spatio-temporelle nécessite desmesures à haute résolution spatiale (HRS) et temporelle (HRT) pour suivre au mieuxles états hydriques du sol et des végétations.La télédétection infrarouge thermique (IRT) permet d’estimer la LST à différentesrésolutions spatio-temporelles. Toutefois, les mesures les plus fréquentes sont souventà basse résolution spatiale (BRS). Il faut donc développer des méthodes pour estimerla LST à HRS à partir des mesures IRT à BRS/HRT. Cette solution est connue sous lenom de désagrégation et fait l’objet de cette thèse.Ainsi, une nouvelle approche de désagrégation basée sur l’assimilation de données(AD) est proposée. Il s’agit de contraindre la dynamique des LSTs HRS/HRT simuléespar un modèle en minimisant l’écart entre les LST agrégées et les données IRT àBRS/HRT, sous l’hypothèse d’homogénéité de la LST par type d’occupation des sols àl’échelle du pixel BRS. La méthode d’AD choisie est un lisseur particulaire qui a étéimplémenté dans le modèle de surface SETHYS (Suivi de l’Etat Hydrique du Sol).L’approche a été évaluée dans une première étape sur des données synthétiques etvalidée ensuite sur des données réelles de télédétection sur une petite région au Sud-Est de la France. Des séries de températures Météosat à 5 km de résolution spatialeont été désagrégées à 90m et validées sur une journée à l’aide de données ASTER.Les résultats encourageants nous ont conduit à élargir la région d’étude et la périoded’assimilation à sept mois. La désagrégation des produits Météosat a été validée quantitativementà 1km à l’aide de données MODIS et qualitativement à 30m à l’aide dedonnées Landsat7. Les résultats montrent de bonnes performances avec des erreursinférieures à 2.5K sur les températures désagrégées à 1km.

Thermal hyperspectral remote sensing provides information about materials from the measured radiance image. It is achieved using temperature and emissivity separation (TES) methods, estimating the emissivity and the temperature of the materials, and using unmixing methods, estimating their abundances. TES methods have been well investigated while too few studies have been working on unmixing in thermal infrared domain : this is the objective of this PhD. Therefore, three strategies have been studied. First, the unmixing is applied on radiance. It achieves good results but depends on the spatial variation of temperature. Applying the unmixing on the emissivities, estimated using the TES methods, gets rid of the spatial variation of temperature but provides a noisy abundance estimation. Eventually, a new method called Thermal Remote sensing Unmixing for Subpixel Temperature (TRUST) is designed to jointly estimate the abundance and the temperature of materials within the pixels. It gives better results than the first strategy and is more robust to spatial variation of temperature.; La télédétection en imagerie hyperspectrale infrarouge thermique est l'étude d'images en luminance, acquises depuis un avion ou un satellite dans le domaine spectral de l'infrarouge thermique. Ces images sont liées à l'émissivité et à la température, estimées par les méthodes de découplage température/émissivité (T/E), ainsi qu'à l'abondance, estimée par les méthodes de démélange, des matériaux présents dans la scène. Si les méthodes de découplage T/E ont été largement étudiées, les méthodes de démélange dans ce domaine spectral restent peu explorées : c'est l'objectif de cette thèse. Pour cela, nous avons mis en place trois stratégies de démélange. Dans un premier temps, le démélange est effectué sur les luminances. Cette stratégie donne globalement de bons résultats mais est relativement sensible aux variations spatiales de la température. La deuxième stratégie, démélangeant à partir des estimations d'émissivité des méthodes de découplage T/E, s'affranchit de cette variation spatiale mais donne des résultats plus bruités. Enfin, une méthode de démélange basée sur l'estimation conjointe de la température et des abondances a été élaborée. Cette méthode s'appelle Thermal Remote sensing Unmixing for Subpixel Temperature (TRUST) et donne de meilleurs résultats que la première stratégie tout en étant robuste aux variations spatiales de la température.

Thermal hyperspectral remote sensing provides information about materials from the measured radiance image. It is achieved using temperature and emissivity separation (TES) methods, estimating the emissivity and the temperature of the materials, and using unmixing methods, estimating their abundances. TES methods have been well investigated while too few studies have been working on unmixing in thermal infrared domain : this is the objective of this PhD. Therefore, three strategies have been studied. First, the unmixing is applied on radiance. It achieves good results but depends on the spatial variation of temperature. Applying the unmixing on the emissivities, estimated using the TES methods, gets rid of the spatial variation of temperature but provides a noisy abundance estimation. Eventually, a new method called Thermal Remote sensing Unmixing for Subpixel Temperature (TRUST) is designed to jointly estimate the abundance and the temperature of materials within the pixels. It gives better results than the first strategy and is more robust to spatial variation of temperature., La télédétection en imagerie hyperspectrale infrarouge thermique est l'étude d'images en luminance, acquises depuis un avion ou un satellite dans le domaine spectral de l'infrarouge thermique. Ces images sont liées à l'émissivité et à la température, estimées par les méthodes de découplage température/émissivité (T/E), ainsi qu'à l'abondance, estimée par les méthodes de démélange, des matériaux présents dans la scène. Si les méthodes de découplage T/E ont été largement étudiées, les méthodes de démélange dans ce domaine spectral restent peu explorées : c'est l'objectif de cette thèse. Pour cela, nous avons mis en place trois stratégies de démélange. Dans un premier temps, le démélange est effectué sur les luminances. Cette stratégie donne globalement de bons résultats mais est relativement sensible aux variations spatiales de la température. La deuxième stratégie, démélangeant à partir des estimations d'émissivité des méthodes de découplage T/E, s'affranchit de cette variation spatiale mais donne des résultats plus bruités. Enfin, une méthode de démélange basée sur l'estimation conjointe de la température et des abondances a été élaborée. Cette méthode s'appelle Thermal Remote sensing Unmixing for Subpixel Temperature (TRUST) et donne de meilleurs résultats que la première stratégie tout en étant robuste aux variations spatiales de la température.

International audience; Evapotranspiration (ET) estimates are particularly needed for monitoring available water over arid lands. Remote sensing data offer the ideal spatial and temporal coverage needed by irrigation water management institutions to deal with evolving regional water table issues. Low spatial resolution products present strong advantages as they cover larger zones and are acquired more frequently than high spatial resolution images. Further, they usually offer a long record history, such as the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). However, validation of ET products at low spatial resolution still remains a difficult task. The objective of this study is to evaluate instantaneous fluxes obtained through local meteorological observations and remote sensing data (in visible, near infrared and thermal infrared domains) from the Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER; resampled to 100-m spatial resolution) and MODIS (resampled to 1-km spatial resolution). It was considered the Surface Energy Balance System (SEBS; Su, 2002) and the Two-Source Energy Balance (TSEB; Norman et al., 1995) models. The study zone is a 4 km×4 km semi-arid irrigated agricultural area located in the North-West of Mexico (Yaqui, Sonora; 27°12’N, 109°57’W). Wheat is the dominant crop, followed by maize and vegetables. The ASTER dataset includes 7 dates from December 30, 2007 to May 13, 2008. Daily available MODIS products were considered for the same dates. ET retrievals from ASTER data using both models showed good performances when compared to eddy covariance measurements from 7 locations within the 4 km×4 km square. Next, they were linearly aggregated to the 1-km scale (and considered as the reference ET) and compared to the ET maps obtained using MODIS data considering the SEBS and TSEB models. Further, in order to analyze the effect of the spatial resolution of the inputs, fluxes were also derived by first considering the inputs of the TSEB and SEBS models estimated from ASTER radiances and reflectances previously aggregated to 1-km and then considering all the parameters of both models derived from high spatial resolution ASTER radiances and reflectances before being aggregated to 1-km. MODIS ET estimates compare well with the reference ET (relative bias is about 5% for SEBS and 10% for TSEB). Discrepancies are mainly related to fraction cover mapping for TSEB and vegetation height mapping for SEBS. This is consistent with the sensitivity of each model to these parameters. Low spatial resolution fluxes obtained using both models and ASTER aggregated input data compare well with the reference fluxes, illustrating the relatively good accuracy of using aggregated inputs (relative bias is about 6% for SEBS and 2% for TSEB).

International audience; The genetic variability of fruit trees in response to drought stress is scarcely studied. As adaptation of scion cultivars to abiotic constraints constitutes a new challenge for fruit production, in particular where water scarcity is likely to occur, development of high-throughput phenotyping strategies applicable in the field to assess the tree response to soil drought among large populations is needed, overcoming the limitations of usual in-planta measurements. In this research, remotely sensed images were acquired by ultra-light aircraft (ULA) and an unmanned aerial vehicle (UAV) during 4 years in a field trial where an apple progeny (122 hybrids) was studied under contrasted summer irrigation regimes. Ortho-images were simultaneously acquired in visible (RGB), near-infrared (NIR) and thermalinfrared (TIR) bands. After rthorectification, georeferencing and mosaicking, RGB and NIR images were used to compute different vegetation indices over the field trial, while TIR imaging allowed extraction of the vegetation surface temperature (Ts), which was calibrated at ground level by using hot and cold reference targets. The Morans'f water deficit index (WDI), which combines the surface minus air temperature (Ts-Ta) and the normalized difference vegetation index (NDVI), was used as a stress phenotypic variable. WDI estimates the ratio of actual to maximal evapotranspiration (WDI=1.ETact/ETmax) in discontinuous plant covers. Like the Ts-Ta variable, it significantly discriminated the tree water statuses and genotypes. On the basis of different plant- and image-based indices, individual tree behaviour trends (isohydric vs. anisohydric) can be distinguished among the progeny, irrespective of tree vigour. This opens potential applications for plant breeding, and genetic bases of apple tree response to water stress are currently investigated through quantitative trait locus (QTL) detection. Making use of ULA with flights performed at 40-60 m altitude made it possible to strongly improve the TIR image resolution ('10 cm) and to limit the number of vegetation/soil mixed pixels. However, it will require careful image posttreatment, possibly including classification and/or segmentation.

UMR AGAP - équipe AFEF - Architecture et fonctionnement des espèces fruitières (Edited by Pablo Gonzalez-de-Santos and Angela Ribeiro)UMR AGAP - équipe AFEF - Architecture et fonctionnement des espèces fruitières(Edited by Pablo Gonzalez-de-Santos and Angela Ribeiro); This manuscript presents a comprehensive methodology to obtain Thermal, Visible and Near Infrared ortho-mosaics, as a previous step for the further image-based assessment of response to water stress of an experimental apple tree orchard. Using this methodology, multi-temporal ortho-mosaics of the field plot were created and accuracy of ortho-rectification and geo-location computed. Unmanned aerial vehicle (UAV) flights were performed on an irrigated apple tree orchard located in Southern France. The 6400 m² plot was composed of 520 apple trees which were disposed in 10 rows. In this field set-up, five well irrigated rows alternated with five rows submitted to progressive summer water constraints. For remote image acquisition, on 4th July, 19th July, 1st August and 6th September UAV flights with three cameras onboard (thermal, visible and near infrared) were performed at solar noon. On 1st August, five successive UAV flights were carried out at 8, 10, 12, 14 and 16 h (solar time). By using selfdeveloped software, frames were automatically extracted from the recorded thermal video and turned in the right image format. The temperature of four different targets (hot, cold, wet and dry bare soil) was continuously measured by the IR120 thermoradiometers during each flight, for radiometric calibration purpose. Based each on thirty images, all ortho-mosaics were successfully obtained. As high spatial resolution imagery requires high precision geo-location, and the root mean squared error (RMSE) of each ortho-mosaic positioning was calculated in order to assess its spatial accuracy. RMSE values were less than twice the pixel size in every case, which allowed a precise overlapping of the mosaics created. Canopy temperature data extracted from thermal images for showed significantly higher temperatures in water stressed trees compared to well irrigated, difference being related to severity of water stress. Thanks to the ultrahigh resolution of remote images obtained (

National audience; Thermal infrared (TIR) measurements are prone to directional effects. A lot of experimental studies of the TIR anisotropy, which is defined as the difference between oblique and nadir surface temperatures measurements, have been performed since the 60’s and reported in literature. They reveal important hotspot effect and possible significant errors - up to 10°C - on surface temperature measurements. Directional effects have to be characterized to correct or to normalize satellite data, particularly large swath satellites data such as MODIS or AATSR for which scan angles reach ± 55° and ± 47° from nadir, respectively. They also have to be considered for defining the mission specifications of future TIR systems. Finally they can help to improve the estimation of surface fluxes by making possible discriminating the contributions of soil and canopy. In this idea a better characterization of TIR directional anisotropy is expected to improve the assimilation of thermal satellite data in vegetation models. A large range of approaches have been developed to simulate the anisotropy (geometric models, radiative transfer, 3D models, parametric kernels...). Nevertheless, deterministic radiative transfer modelization remains essential to generalize experimental measurements and to assess the sensitivity of surface features (vegetation structure, LAI, water status etc.) and the impact of the Sun-observer geometry impact on directional radiative temperature measurements. Moreover, new methods (such as kernel approaches or neural networks) have to be developed to correct for directional anisotropy, simple enough to be integrated in ground segments for operational satellite data processing. For this purpose another use of a deterministic model of TIR anisotropy could be the simulation of data sets from which derive operational simpler algorithms could be derived. The deterministic SCOPE (Soil Canopy Observation, photochemistry and Energy fluxes) model, developed by Van der Tol et al. (2009) at the ITC (Nederland), is a good candidate to address the problem of the temperature anisotropy. It is a one-dimensional multilayer model coupling a radiative transfer model based on the 4SAIL (Scattering by Arbitrary Inclined Leaves designed by Verhoef et al. 2007) algorithm and an energy balance module. It has been designed to simulate radiance spectra, energy and CO 2 fluxes but it also simulates directional brightness temperatures. After a brief description of the model, we present a validation exercise of SCOPE for fluxes and directional brightness temperatures over two original experimental data sets obtained on wheat and pine stands recorded during different years; they offer a large range of surface conditions (vegetation structure, LAI, water status). Directional radiative temperatures were measured with several radiothermometers positioned in different zenithal and azimuthal viewing configurations (18° towards South, 55° towards North and 27° towards West). During a few months, a GV2M: Global Vegetation Monitoring and Modeling (18° towards South, 55° towards North and 27° towards West). During a few months, a radiothermometer was also mounted on a motorized platform piloted to follow the sun course during the day, so providing the temperature at the hotspot. The sites belonging to different international networks, (CarboEurope, Fluxnet) the energy (sensible and latent heat) and CO 2 fluxes were also continuously monitored. SCOPE was calibrated using several inversion strategies which are described. The biochemical input parameters (maximal carboxylation capacity and the marginal cost of assimilation which strongly govern photosynthesis and transpiration processes) revealed to have most sensitivity on simulations and were retained to calibrate the model. The validation of SCOPE was made on cloudless days and for diurnal conditions only. Satisfactory results have been obtained on fluxes with a root mean square error (RMSE) on convective fluxes estimation of about 40 W.m- 2. The simulation of directional brightness surface temperatures revealed excellent with a 1°C RMSE over both wheat and pine data sets, and for all viewing geometries. The use of SCOPE for generating polar plots of temperature anisotropy is finally illustrated by a qualitative comparison exercise. Simulations revealed directional anisotropy structure quite consistent with measurements available at the laboratory. The applications to evaluate the possible effects of different variables such as vegetation structure (leaf angles, LAI, etc.) and micrometeorological conditions (wind speed for instance) are discussed.

International audience; Land Surface Temperature measurements are prone to important directional anisotropy and hot spot effects. These are governed by the coupled energy and radiative transfer within canopies, and therefore depend on the viewing angles, on the Sun position (i.e. time and season), on the canopy (structure and water status), and on micrometeorological conditions. The future missions combining both high spatial resolution and revisit capacities in the thermal infrared (TIR) such as THIRSTY (Crebassol, et al. 2014) require the directional anisotropy (defined as the difference between oblique and nadir temperatures) to be correctly assessed. That’s why we must develop correction algorithms simple and robust enough to be compatible with the processing of data from space and the elaboration of final products. The development, calibration and validation of these algorithms require large amounts of data. For this purpose we use the SCOPE (Soil Canopy Observation, Photochemistry and Energy fluxes, Van der Tol et al. 2009) model. It is a soil vegetation atmosphere transfer (SVAT) multilayer model coupling radiative transfer (4SAIL) and energy balance able to simulate energy fluxes and directional brightness temperatures. We first briefly describe the model and its validation against experimental data over wheat and forest canopies, and illustrate its ability to simulate the directional anisotropy of brightness surface temperatures in a large range of zenithal and azimuthal viewing directions. The model is then used to evaluate the sensitivity of anisotropy to different canopy structure and meteorological variables. Among the parameters tested, the wind speed, the LAI and the stomatal conductance reveal to have major impact as expected because they directly govern the sensible and latent heat fluxes and therefore surface temperature. Results show that the anisotropy significantly decreases with wind speed, LAI increase and especially when water needs are satisfied (i.e. increase of stomatal conductance). These will have to be introduced in TIR data processing algorithms for either correcting temperatures from directional anisotropy effects or normalizing them into a given reference viewing geometry. Their determination from complementary data obtained from meteorological networks or from remote sensing (such as vegetation indices or water stress indices) is discussed and guidelines provided.

International audience; A remote sensing-based surface energy balance model is developed to explicitly represent the energy fluxes of four surface components of agricultural fields including bare soil, unstressed green vegetation, non-transpiring green vegetation, and standing senescent vegetation. Such a four-source representation (SEB-4S) is achieved by a consistent physical interpretation of the edges and vertices of the polygon (named T − fvg polygon) obtained by plotting surface temperature (T) as a function of fractional green vegetation (fvg) and the polygon (named T − alpha polygon) obtained by plotting T as a function of surface albedo (alpha). To test the performance of SEB-4S, a T − alpha image-based model and a T − fvg image-based model are implemented as benchmarks. The three models are tested over a 16 km by 10 km irrigated area in northwestern Mexico during the 2007-2008 agricultural season. Input data are composed of ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) thermal infrared, Formosat-2 shortwave, and station-based meteorological data. The fluxes simulated by SEB-4S, the T − alpha image-based model, and the T − fvg image-based model are compared on seven ASTER overpass dates with the in situ measurements collected at six locations within the study domain. The evapotranspiration simulated by SEB-4S is significantly more accurate and robust than that predicted by the models based on a single (either T − fvg or T − alpha) polygon. The improvement provided with SEB-4S reaches about 100 W m−2 at low values and about 100 W m−2 at the seasonal peak of evapotranspiration as compared with boththe T − alpha and T − fvg image-based models. SEB-4S can be operationally applied to irrigated agricultural areas using high-resolution solar/thermal remote sensing data, and has potential to further integrate microwave-derived soil moisture as additional constraint on surface soil energy and water fluxes.

This thesis focused on the retrievals of Land Surface Emissivity (LSE) from microwave data and thermal infrared data. (1) This thesis provides a method to retrieval LSE from the AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System) and develops a Soil-Atmosphere Radiative Transfer Model (SARTM) to simulated brightness temperatures at satellite level. SARTM model is built from MonoRTM (MONOchromaticRadiative Transfer Model) and from AIEM (Advanced Integral Equation Model) models. In this study, the LSEs over whole China of year 2006 are estimated. (2) This thesis also presents an improved algorithm to retrieve LSE from SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager) data onboardthe MSG-2 satellite. Finally, this improved algorithm is applied to several MSG-2/SEVIRI datasets over a study area withinthe Iberian Peninsula region. It is demonstrated with some detailed cases that these improvements on the original LSE/land surface temperature (LST) retrieval methods are effective and reasonable.; Cette thèse est consacrée à la détermination de l’émissivité des surfaces terrestres (LSE) à partir de données dans les domaines des micro-ondes et de l’infrarouge thermique. (1) Ce travail a permis de fournir une méthode de détermination du LSE à partir des données AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System) et de développer un modèle de transfert radiatif sol-atmosphère (SARTM) utilisé pour simuler les températures de brillance au niveau du capteur. Le modèle SARTM est construit à partir du modèle MonoRTM (MONOchromatic Radiative Transfer Model) et du modèle AIEM (Advanced Integral Equation Model). Dans cette étude les émissivités micro-ondes sur toute la Chine pour l’année 2006 ont été estimées. (2) Cette thèse présente également les améliorations apportées à un algorithme de détermination des émissivités à partir du capteur SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager) à bord du satellite MSG-2. Cet algorithme perfectionné est appliqué à plusieurs images MSG-2/SEVIRI sur une région d’étude de la péninsule ibérique. Il est démontré sur des cas détaillés que les améliorations portées sur la méthode originale de détermination du LSE et de la température de surface étaient réelles et cohérentes.

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Soil salinity is destroying several hectares of arable land every minute. Because remedial land management cannot completely solve the problem, salt tolerant crops or plant species able to remove excessive salt from the soil could contribute significantly to managing the salinity problem. The key to engineering crops for salt tolerance lies in a thorough understanding of the physiological mechanisms underlying the adaptive responses of plants to salinity. Plant Salt Tolerance: Methods and Protocols describes recent advances and techniques employed by researchers to understand the molecular and ionic basis of salinity tolerance and to investigate the mechanisms of salt stress perception and signalling in plants. With chapters written by leading international scientists, this book covers nearly 30 different methods, such as microelectrode and molecular methods, imaging techniques, as well as various biochemical assays. Written in the highly successful Methods in Molecular BiologyTM series format, chapters contain introductions to their respective topics, lists of the necessary materials and reagents, step-by-step, readily reproducible laboratory protocols, and notes on troubleshooting and avoiding known pitfalls. Authoritative and easily accessible, Plant Salt Tolerance: Methods and Protocols serves as an essential read for every student or researcher tackling various aspects of the salinity problem.

Many reports of deaths of silver fir (Abies alba Mill.) are mentioned at the southern limit of its limit of distribution in Provence and appear to be related to the successive droughts of the last decade and to the distribution of soil water properties. The aim of the study is then to better assess the impact of water stress on ecophysiological functioning of this species and to characterize and map the areas more vulnerable to drought. On the Mont Ventoux, an experiment was set up to monitor for 3 years ecophysiological parameters involved in the water behaviour of silver fir on plots where soil properties were characterized. On this type of karstic mountain, soils depth is highly variable and, at forest stand scale, mortality rates and intensities of water stress were higher on soils with greater water reserve. In addition, a post-effect of the drought of 2009 was observed by reducing transpiration of the following year. A mechanistic modelling approach was then adopted by integrating new formalisms of root dynamics to take into account this post-effect. It was evaluated on various parameters involved in the water and carbon cycles of trees and the model was validated on the dynamics of transpiration and on annual rings width increment of tree trunks.Indices based on measured surface temperature were used to assess the possibility of detecting water stress in forests. At tree scale, there is a residual variability due to climatic factors and to the small size of the measurement surface in the relationship between transpiration and surface temperature. At the mountainside scale, surface temperature indices allowed identifying the spatial distribution of the duration and intensity of water stress according to the typology of soil done. Remote sensing in the thermal infrared could then be a useful tool for forest management.; De nombreux cas de mortalité de Sapin pectiné (Abies alba Mill.) sont constatés en limite sud de son aire de répartition en Provence et semblent être liés aux sécheresses successives de la dernière décennie et à la répartition des propriétés hydriques du sol. L’enjeu est alors de mieux évaluer l’impact du stress hydrique sur le fonctionnement écophysiologique de cette espèce et de pouvoir caractériser et cartographier les zones les plus vulnérables à la sécheresse. Sur le Mont Ventoux, une expérimentation a été mise en place pour suivre pendant 3 ans différents paramètres écophysiologiques impliqués dans le comportement hydrique du Sapin pectiné sur des placettes pour lesquelles les propriétés du sol étaient caractérisées. Sur cette montagne de type karstique, les profondeurs de sols sont très variables et, à l'échelle stationnelle, les taux de mortalité et les intensités de stress hydrique étaient plus élevés sur les sols ayant une réserve hydrique plus importante. De plus, un arrière-effet de la sécheresse de 2009 a été observé réduisant durablement la transpiration de l'année suivante. Une approche par modélisation mécaniste a alors été adoptée en intégrant de nouveaux formalismes sur la dynamique racinaire permettant de prendre en compte cet arrière-effet. Elle a été évaluée sur les différents paramètres impliqués dans le cycle de l'eau et du carbone des arbres et le modèle a été validé sur les dynamiques de transpiration et d’accroissement en largeur de cernes des troncs. Des indices basés sur la mesure de température de surface ont été utilisés pour évaluer la possibilité de détecter le stress hydrique en forêt. Il existe une variabilité résiduelle liée aux facteurs climatiques et à la dimension réduite de la surface de mesure dans la relation entre transpiration et température de surface à l'échelle de l'arbre. A l’échelle du versant, la température de surface a permis d'identifier la répartition spatiale de la durée et de l'intensité du stress hydrique en accord avec la typologie de sol réalisées. La télédétection dans l'infrarouge thermique pourrait ainsi être un outil intéressant pour la gestion forestière.

International audience; This paper explores the potential of airborne thermal infrared imagery to estimate the temperature of a vine canopy. Experiments were performed at several elevations (from 250 m to 1500 m). The effect of the atmosphere and the occurrence of mixed pixels need to be investigated to know how to correct the measured temperatures from these factors. Two models of corrections based on realistic assumptions were proposed and tested. The atmospheric correction was based on a simple approach which requires the measurement of ground references. It was shown to be effective, providing an estimation of the ground temperature with a RMSE of 0.9 °C. The correction of mixed pixels considers the temperature of the soil and the proportion of the soil and canopy within the pixel. Information on the proportion of canopy at the ground level could be derived from a multispectral image (i.e. NDVI). In the case of a discontinuous canopy like vine, the experiment highlights the significant incidence of mixed pixels on canopy temperature assessment. The correction improved significantly the estimation of the canopy temperature. However, the RMSE remained high (~1.6 °C) showing that our approach doesn't take into account the whole complexity of the phenomenon.

The thesis works have contributed to improve the surface soil moisture estimates and the root-zone soil moisture estimates on the Sahel band in West Africa. The first part was dedicated to assess the ability of different algorithms to estimate soil moisture based on satellite measurements in thermal infrared spectrum. In the second part, a method was developed in order to obtain a soil moisture mapping at high temporal resolution (< 3h) based on two satellite products: a satellite-based rainfall product and daily passive microwave measurements sensitive to soil moisture. In a third part, an assessment of the reliability and robustness of the methodology has been proposed. Finally, a semi-empirical method was used to produce root-zone soil moisture maps (0-1 m) over the Sahel region. Ground-based soil moisture measurements obtained at three sites in Mali, Niger and Benin during the AMMA program were used to assess the quality of estimates of near-surface and root-zone soil moisture at each stage of this work. The results show that an estimate of the surface soil moisture is possible with an accuracy of less than 3% vol. over the Sahel band. The error is about 5% vol. over the Sudanian zone (Benin). The accuracy is identical for the root-zone soil moisture estimate. Finally, the developed method allows at the same time to correct satellite-based rainfall products and notably the overestimation of the annual accumulation and the number of rain events of the three rainfall satellite products used in this work., Les travaux réalisés au cours de cette Thèse ont contribué à améliorer l'estimation de l'humidité de surface du sol et de l'humidité racinaire sur la bande sahélienne en Afrique de l'ouest. La première partie a été consacrée à évaluer la capacité de différents algorithmes d'estimations de l'humidité du sol basées sur des mesures satellites dans le domaine spectral de l'infrarouge thermique. Dans un deuxième temps, une méthode a été développée dans le but d'obtenir une cartographie de l'humidité du sol à une résolution temporelle fine (< 3h) en se basant sur deux produits satellites: un produit satellite de précipitation et une cartographie journalière micro-onde sensible à l'humidité du sol. Dans un troisième temps, une évaluation de la fiabilité et de la robustesse de la méthodologie a été proposée. Enfin, une méthode semi-empirique a été utilisée afin de produire une cartographie de l'humidité de la zone racinaire (0-1 m) sur l'ensemble de la bande sahélienne. Les mesures de terrain obtenues sur trois sites situés au Mali, au Niger et au Bénin dans le cadre du programme AMMA ont servi de référence pour évaluer la qualité des estimations de l'humidité superficielle et racinaire à chaque étape de ce travail. Les résultats montrent qu'une estimation de l'humidité superficielle du sol est possible avec une précision de moins de 3 % vol. sur la bande sahélienne. L'erreur est de l'ordre de 5% vol. sur la zone soudanienne (Bénin). La précision est identique sur l'estimation de l'humidité racinaire. Enfin, la méthode développée permet parallèlement de corriger les produits satellites de précipitation et notamment la surestimation du cumul annuel et du nombre d'événements des trois produits satellites utilisés dans ce travail.

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[Departement_IRSTEA]DS [TR1_IRSTEA]METHODO / SYNERGIE; Corrections atmosphériques d'images thermiques de cultures tropicales acquises à basse altitude. / Accurate corrections of atmospheric effects on thermal infrared remote sensing data are an essential pre-requisite for the development of thermal infrared airborne-derived crop water stress indices. These corrections can be performed using ground surface temperature measurements, which are time consuming and expensive. Atmospheric effects can also be corrected using radiative transfer models that require knowledge of atmospheric status. The latter can be accurately characterized from radiosoundings, but these are usually unavailable. It can also be derived from meteorological model simulations, but spatial and temporal resolution are often too coarse. This study proposes performing atmospheric corrections by using temperature and relative humidity profiles acquired in flight from onboard sensors during data collection. Such measurements are used to document the atmospheric radiative transfer model MATISSE. First results from an experimentation over a tropical cropped area show that corrections are made with a 1.46 °K accuracy.

Les données infrarouges thermiques NOAA 14 AVHRR et LANDSAT 5 TM peuvent être employées dans la télédétection des concentrations urbaines et de l’habitat et servir de base à l’étude des processus d’urbanisation et de métropolisation. Prises à l’aurore, elles permettent de détecter, à deux différents niveaux d’analyses géographiques ; avec NOAA 14 AVHRR les fortes concentrations de populations, les agglomérations de plus de 36000 habitants ; avec LANDSAT 5 TM les densités de bâtis d’une ville comme Kenitra au Maroc. Leur différence de résolution spatiale au sol (1,1x1,1 Km avec AVHRR et 120x120 m avec TM) permet, respectivement, une analyse aux niveaux intra urbain et régional de l’urbanisation littorale de la Métropole atlantique marocaine (Mam). L’adéquation entre les différents résultats issus du traitement des données de télédétections infrarouges thermiques et sociodémographiques met en évidence le caractère complémentaire des informations géographiques produites par télédétection. Les données sont obtenues à partir des spatiocartes de température de surface qui sont confrontées avec NOAA 14 AVHRR à la carte de répartition de la population urbaine du Maroc ; avec LANDSAT 5 TM à la carte topographique et au plan d’urbanisme de la ville de Kenitra. Thermal infrared satellite images can be employed on the conurbations remote sensing; and used as springboards in the study of the urbanization processes. Whether it is with NOAA 14 AVHRR or LANDSAT 5 TM infrared thermal images taken at dawn all allow us to recognize at various levels of geographic analyses the concentrations of built areas and to extract different morphologic, social and demographical indicators: densities and morphologies of built areas, thresholds of concentrations of populations. Their types of information are obtained by the confrontation of the land surface temperatures maps produced from AVHRR thermal Infrared images with the maps of distribution of the Moroccan population; the TM thermal infrared sensor with the ground field reality and the Kenitra plan of town planning. Their difference of spatial resolution (1.1x1.1 Km with AVHRR and 120x120 m with TM) allowing respectively an analysis of the intra urban and regional levels of the littoral urbanization of the Moroccan Atlantic Metropolis (MAM). The equivalence between the various results stemming from the remote sensing thermal infrared and socio demographical data processing shows additional character of geographic information produced by remote sensing.

The thermal infrared satellite images can be employed on the conurbations remote sensing; and springboard in the study of the urbanization processes. Whether it is with NOAA 14 AVHRR or LANDSAT 5 TM infrared thermal images taken at dawn period all allow recognise at various levels of geographic analyses the concentrations of built areas and to extract different morphologic, social and demographical indicators: densities and morphologies of built areas, thresholds of concentrations of populations. Their types of information are obtained by the confrontation of the land surface temperatures maps produced from AVHRR thermal Infrared images with the maps of distribution of the Moroccan population; the TM thermal infrared sensor with the ground field reality and the Kenitra plan of town planning. Their difference of spatial resolution (1.1x1.1 Km with AVHRR and 120x120 m with TM) allowing respectively an analysis the levels intra urban and regional of the littoral urbanization of the Moroccan Atlantic Metropolis (MAM). The equivalence between the various results stemming from the remote sensing thermal infrared and socio demographical data processing shows additional character of geographic information produced by remote sensing.

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National audience; Les mesures aéroportées de température de brillance réalisées sur le centre ville de Toulouse lors de la campagne CAPITOUL ont (1) confirmé l’importance de l’anisotropie directionnelle dans l’infrarouge thermique (IRT) en milieu urbain déjà mise en évidence sur Marseille (Lagouarde et al., 2004) et (2) permis de caractériser ses variations de façon plus complète (conditions saisonnières très différentes, conditions nocturnes). La caractérisation de l’anisotropie directionnelle IRT et sa modélisation sont indispensables pour : • accéder aux températures des éléments de la canopée en vue de l’assimilation des données spatiales dans les modèles de surface et de l’amélioration des estimations de flux (chaleur sensible), • corriger les données satellitaires à large champ en vue du suivi de la variabilité spatiale ou temporelle de la température de surface, • fournir des recommandations pour la définition de futurs systèmes spatiaux dans l’IRT.