Résumé : Le phytoplancton, un ensemble de microorganismes photosynthétiques, est responsable de près de la moitié de la production primaire nette planétaire. Malgré son importance primordiale dans le cycle du carbone et du support de la vie marine, personne n'est encore en mesure d’expliquer la distribution du rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle, un paramètre intimement lié à la physiologie et à l'état de santé de ces organismes. Dans le but d'apporter des précisions quant au comportement du rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle à l'échelle des océans, nous avons évalué l'influence d’un ensemble de paramètres environnementaux notamment l'éclairement de croissance et la température de surface des océans sur le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle. De plus, nous proposons une nouvelle façon de calculer l’éclairement de croissance à partir de l'éclairement photosynthétiquement utilisable (éclairement pondéré en fonction de l'absorption du phytoplancton), moyen entre la surface et la profondeur de la couche de mélange. L’éclairement photosynthétiquement utilisable est privilégié puisqu'il est plus représentatif que l'éclairement photosynthétiquement actif (éclairement total entre 400 et 700 nm) généralement utilisé dans le calcul de l’éclairement de croissance. Plutôt que de calculer le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle, ce qui est très complexe à faire de façon exacte en raison de multiples paramètres difficilement évaluables, nous calculons le χ [indice inférieur fluo], un indice équivalent, mais qui a l’avantage de ne pas faire des suppositions sur certains paramètres physiologiques et écologiques. Les résultats démontrent que le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle diminue quand l’éclairement de croissance augmente, ce qui suggère une augmentation de l’inhibition non photochimique de la fluorescence causée par une photoacclimation/photoadaptation du phytoplancton vivant dans un environnement d’éclairement important. Les résultats indiquent aussi que lorsque la température est sous 6°C l’impact sur le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle est significatif. Sous cette température, un groupe de pixels a été identifié pour lesquels le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle est essentiellement constant à des valeurs faibles. Ceci peut potentiellement pointer vers un plus large phénomène écosystémique/de communauté. Des simulations effectuées à partir d’une table de référence à trois dimensions (i.e., éclairement de croissance, température de surface des océans et concentration de chlorophylle) démontrent l’impact de ces paramètres sur le rendement quantique apparent de la fluorescence de la chlorophylle. Le modèle a répliqué avec succès certaines zones de fort et de faible rendement. Les divergences entre les données simulées et observées indiquent probablement la présence d’autres processus physiologiques indépendants de la température et de l’éclairement de croissance. / Abstract : The current generation of Earth-orbiting sensors allows us to measure Sun-induced chlorophyll fluorescence. Coupled with phytoplankton absorption and incident irradiance, it is possible to derive the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence. This information could be very helpful as the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence is influenced by algal photophysiology. Here we evaluate the influence of the growth irradiance and of the sea surface temperature on the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence. Results show that with increasing growth irradiance, the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence decreases, pointing to an increase in non-photochemical quenching due to photoacclimation/photoadaptation by phytoplankton in high light environments. The sea surface temperature below 6°C was shown to have a significant impact on the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence. Below this temperature, a group of pixels was identified for which the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence was essentially constant at low values. This could potentially point to a wider ecosystemic/community related phenomenon. Simulations with a three-dimensional lookup table (i.e., growth irradiance, sea surface temperature and chlorophyll concentration) demonstrate the impact of these parameters on the global distribution of the apparent quantum yield of chlorophyll fluorescence. The model successfully reproduced some zones of low and high yield. Departures from the predicted values are likely pointing to physiological processes that are independent of temperature and growth irradiance.

La fluorescence chlorophyllienne induite par le soleil est une nouvelle façon de suivre l'évolution de la végétation et le cycle global du carbone. Grâce au modèle simulé et aux expériences sur le terrain et aéroportée, la recherche multi-échelles de méthode de détection de la fluorescence de la chlorophylle induite par le soleil est développé dans cette thèse. Les principales conclusions et innovations sont les suivantes : 1. Les expériences de contrôle en eau du maïs montrent que la fluorescence passive peut être utilisée pour détecter le stress hydrique des culture. L'analyse de la réponse de la fluorescence et de la température montre que la fluorescence est très sensible au stress hydrique précoce. 2. Après avoir analysé les effets de la température, de l'angle zénithal solaire et du rendement quantique de la fluorescence sur la détermination de la fluorescence, nous proposons une méthode d’obtention de la fluorescence qualitative basée sur l'indice de réflectance. 3. L’analyse des effets de la détermination de la fluorescence aéroportée nous a permis de montrer que l'angle zénithal solaire et la hauteur du capteur aéroporté sont les facteurs importants qui influent sur la détermination de la fluorescence induite par le soleil. / Sun-induced chlorophyll fluorescence is a new way to monitor the vegetation change and global carbon cycle. Through the model simulated analysis, the pot experiment and the airborne flying experiment, the research on detecting the multi-scale sun-induced chlorophyll fluorescence is developed in this dissertation. The main conclusions and innovations are as follows: 1. The maize water control experiments demonstrate that the passive fluorescence can be used to detect the crop water stress, and the analysis of the different responses of the fluorescence and temperature illustrates that the fluorescence is much sensitive to the early water stress. 2. Analyze the effects of temperature, sun zenith angle and fluorescence quantum efficiency on the qualitative fluorescence retrieval, and propose a qualitative fluorescence retrieval method based on the reflectance index. 3. Analyze the effects of airborne fluorescence retrieval, and obtain that sun zenith angle and airborne sensor height are the important factors to affect the sun-induced fluorescence retrieval from the simulated analysis and airborne flying experiment.