Cette thèse a permis la mise en place d’un système d’alerte précoce des épidémies de paludisme basé sur le système de surveillance sentinelle proposant différents seuils épidémiques et un modèle de prédiction. Les données collectées quotidiennement par SMS sont automatiquement stockées sur un serveur dédié. Concomitamment, le système acquiert systématiquement et de manière automatique des données satellitaires météorologiques sur chaque site sentinelle en lien avec les changements de prévalence du paludisme, tels que la température, les précipitations et l'indice de végétation (eng. NDVI). Une base de données des interventions contre le paludisme a également été créée. Ce système a déjà démontré sa capacité à détecter une épidémie de paludisme dans le sud-est du pays en 2014. Deuxièmement, nous avons réalisé une étude pour évaluer la relation entre la durée de l'efficacité de la campagne de masse des moustiquaires imprégnées d'insecticide à effet longue durée (MILD) et les épidémies de paludisme identifiées à Madagascar de 2009 à 2015 par le système de surveillance sentinelle. Cette étude a montré que la différence entre l'efficacité théorique et l’efficacité réelle peut entraîner des lacunes dans la couverture des services pendant les années suivantes, contribuant au rebond du paludisme et souligne la nécessité de mise en place de mécanisme de distribution continue de moustiquaires. Ce travail vise à maximiser l'utilité d'un système de surveillance sentinelle dans des milieux à ressources limitées, guider les changements dans l'orientation des programmes de lutte et fournir des exemples pratiques pour son utilisation dans d'autres systèmes ou contextes. / We describe a Malaria Early Warning System (MEWS) using various epidemic thresholds and a forecasting component with the support of recent technologies to improve the performance of a sentinel MEWS. Malaria-related data from sentinel sites collected by Short Message Service are automatically stored in a database hosted on a server at Institut Pasteur de Madagascar. Concomitantly our system routinely and automatically acquires site specific satellite weather data related to changes in malaria prevalence such as temperature, rainfall and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). A Malaria Control Intervention data base has also been. This system has already demonstrated its ability to detect a malaria outbreak in southeastern part of Madagascar in 2014. In a second time, we conducted a study to assess the relationship between the effectiveness of mass campaign of long-lasting insecticidal nets (LLIN) over time and malaria outbreaks identified in Madagascar from 2009 to 2015 through the Sentinel surveillance system. This study showed that the difference between efficacy and effectiveness may result in gaps in service coverage during the subsequent years contributing to malaria rebound well before the replacement of the LLINs and highlights the need of continuous distribution mechanism of LLINs.This work aims to maximize the usefulness of a sentinel surveillance system to predict and detect epidemics in limited-resource environments, to guide any changes in the orientation of malaria control programs and to provide practical examples and suggestions for use in other systems or settings.

D’une part, les instruments permettant de mesurer les précipitations (pluviomètres, radars, etc.) effectuent des mesures de natures différentes et à différentes échelles. Leurs données sont difficilement comparables. D’autre part, les modèles décrivant l’évolution des précipitations sont eux complexes et difficiles à paramétrer et à valider. Dans cette thèse, nous utilisons l’assimilation de données afin de coupler des observations hétérogènes des précipitations et des modèles, pour étudier les précipitations et leur variabilité spatiotemporelle à différentes échelles (macrophysique, qui s’intéresse aux cellules de pluie, et microphysique, qui s’intéresse à la distribution en taille des gouttes – DSD – qui les composent). Tout d’abord, nous développons un algorithme permettant de restituer des cartes de précipitations à partir de mesures de l’atténuation causée par la pluie à des ondes provenant de satellites de télévision. Nos restitutions sont validées par rapport à des données radar et pluviomètres sur un cas d’étude dans le sud de la France. Ensuite, nous restituons, toujours par assimilation de données, des profils verticaux de DSD et de vents verticaux à partir de mesures de flux de gouttes au sol (par disdromètres) et de spectres Doppler en altitude (par radar). Nous utilisons ces restitutions sur 3 cas d’étude pour étudier les phénomènes physiques agissant sur les gouttes de pluie durant leur chute et pour évaluer la paramétrisation de ces phénomènes dans les modèles. / On the one hand, the instruments designed to measure rainfall (rain gages, radars, etc.) perform measurements at different scales and of different natures. Their data are hard to compare. On the other hand, models simulating the evolution of rainfall are complex. It is not an easy task to parameterize and to validate them. In this thesis, we use data assimilation in order to couple heterogeneous observations of rainfall and models for studying rain and its spatiotemporal variability at different scales (macrophysical scale, which is interested in rain cells, as well as microphysical scale, which is interested in the drop size distribution – DSD). First, we develop an algorithm able to retrieve rain maps from measurements of attenuation of waves coming from TV satellites due to rainfall. Our retrievals are validated by comparison with radar and rain gages data for a case study in south of France. Second, we retrieve – again with data assimilation – vertical profiles of DSD and vertical winds from measurements of rain drop fluxes on the ground (using a disdrometer) and of Doppler spectra aloft (using a radar). We use these retrievals for 3 case studies to study the physical phenomena acting on rain drops during their fall and to evaluate the parameterization of these phenomena in models.

Cette thèse propose le développement d'une méthodologie d'utilisation des données d'altimétrie satellitaire radar pour l'analyse de la variation spatio-temporelle des processus hydriques dans les zones humides du bassin Amazonien. Etant donné le faible nombre de travaux publiés sur le sujet pour les eaux continentales, ce travail a inclus une validation extensive des données d'altimétrie satellitaire des missions ENVISAT et ERS-2, sur divers objets du bassin Amazonien. Nous avons utilisé une méthode originale permettant une sélection fine en 3D des mesures et l'application de corrections de mesures inclinées. Cette méthode a permis d'améliorer sensiblement la qualité des séries de niveau d'eau. Les séries temporelles altimétriques ont été alors couplées avec des images MODIS pour l'étude des variations de volumes stockés dans les zones humides et utilisées pour analyser la variabilité spatio-temporelle du cycle hydrologique à l'échelle des sous-bassins. Du point de vue de l'altimétrie satellitaire. Les validations conduisent avec des traces entre elles au niveau de points de croisement ou des données in situ résultent en RMS qui varient de 12 à 226 cm pour ENVISAT (Ice-1 et Ice-2) et de 32 à 197 cm pour ERS-2 (Ice-2). Ces séries temporelles mettent en évidence la grande variabilité spatiale du cycle hydrologique, selon la connexion et la position relative entre les lits principaux, les lacs et les marécages. En ce qui concerne l'analyse intégrée d'altimétrie et d'images MODIS, elle a montre qu'il est possible de mettre en évidence la saisonnalité du cycle hydrique dans des zones humides a partir d'informations satellitaire.

Le changement d’usage des terres, liées à l’agriculture et à la foresterie, engendre une perte importante de biodiversité et représente une part importante de nos émissions de GES à l’origine du changement climatique. Le mécanisme de Réduction des Émissions de la Déforestation et Dégradation des forêts, conservation, gestion durable et restauration des stocks de carbone (REDD+) initié il y a dix ans. peine à se mettre en place du fait de nombreuses contraintes politiques et scientifiques. Malgré l’existence de lignes directrices élaborées par la communauté scientifique internationale, des outils et données sont nécessaires afin de fournir des informations précises, à moindre coût et utilisables à différentes échelles. L’objectif de cette thèse est de développer des méthodologies innovantes pour réduire les incertitudes sur les estimations des émissions et séquestrations de CO2 associées à la déforestation, dégradation et régénération des terres. Madagascar, pays engagé dans le REDD+ depuis huit ans et soumis à des pertes importantes de biodiversité et de couvert forestier est pris comme exemple. Trois études complémentaires ont été réalisées : i) le suivi de la déforestation en région tropical humide et sec par satellites, ii) l’estimation des stocks de carbone dans les sols et les forêts et iii) la modélisation des changements d’usage de terres. Nous avons développé une nouvelle méthodologie de suivi de la déforestation à Madagascar permettant de tenir compte de la définition des forêts et améliorer la prise en compte des petites parcelles de défriche brulis. Les chiffres de la déforestation, variant d’une région à une autre, ont ainsi été actualisés jusqu’en 2013. Une méthodologie innovante de cartographie des stocks de carbone dans le sol à des résolutions fines et à des échelles régionales a été mise au point en couplant de nombreux facteurs environnementaux et un inventaire de terrain à l’aide d’un modèle d’apprentissage automatique. Ce modèle spatial du carbone a été appliqué sur des images satellites acquises vingt année plus tôt afin d’évaluer la dégradation des stocks de carbone du sol et leur régénération potentielle. Des facteurs de perte et gains de carbone dans le sol ont pu ainsi être estimés. Enfin, une approche de modélisation des changements d’usage des terres a permis de mieux comprendre les facteurs biophysiques et socio-économiques liées à la déforestation, dégradation des terres et régénération, et proposer des scénarios spatialisés pour aider les décideurs. Les résultats obtenus dans cette thèse et les méthodologies développées permettent d’alimenter les discussions et documents concernant la stratégie REDD+ de Madagascar. Elle contribue et vise à une meilleure gestion des agro-écosystèmes par la fourniture d’informations spatiales justes, précises spatialement et pertinentes à grande échelle. / Land use change due to agriculture and forestry, generates a significant loss of biodiversity and is an important part of our greenhouse gas (GHG) emissions causing climate change. The Reduction of Emissions from Deforestation and Forest Degradation, conservation, sustainable management and restoration of carbon stocks (REDD+) mechanism initiated ten years ago is struggling to establish because of many political and scientific constraints. Despite the existence of guidelines developed by the international scientific community, tools and data necessary to provide accurate, cost and usable at different scales. The objective of this thesis is to develop innovative methods to reduce uncertainties in the estimates of CO2 emissions and sequestrations from deforestation, degradation and land regeneration. Madagascar, a country committed in REDD+ for eight years and subjected to significant losses of biodiversity and forest cover, is taken as an example. Three complementary studies were carried out: i) monitoring of deforestation in tropical humid and dry regions, ii) estimates of carbon stocks in soils and forests and iii) land use change model. We have developed a new methodology for monitoring deforestation in Madagascar considering the national definition of forests and accounted for small plots of slash and burn practices. The figures of deforestation vary from one region to another, and have been updated to 2013. An innovative methodology for soil organic carbon stock mapping at fine resolution and regional scale has been developed by coupling many environmental factors and a field inventory using a machine learning model. This spatial carbon model was applied on satellite images acquired twenty year ago to assess the degradation of soil carbon stocks and potential regeneration. Loss and gain factors due to various land use change were estimated. Finally, the land use change framework developed allowed us to understand the biophysical and socio-economic factors related to deforestation, land degradation and regeneration, and provide spatially scenarios to assist policy makers. The results obtained in this thesis and the methodologies developed allow to feed the discussions and documents relating to the REDD + strategy in Madagascar. It contributes and is aimed at a better management of agro-ecosystems by providing accurate spatial information, locally relevant and globally consistent.

Les récentes avancées dans le domaine des plates-formes d’instrumentation légères telles que les drones ou les nano-satellites ont fortement augmenté la demande de capteurs compacts, y compris les capteurs d’imagerie hyperspectrale infrarouge qui sont utilisés, de nos jours, dans des nombreuses applications militaires et civiles. Nous proposons une nouvelle caméra hyperspectrale compacte infrarouge dont les performances nous permettront de viser les domaines applicatifs tels que la détection de gaz (panaches volcaniques ou industriels), la détection de véhicules militaires, la surveillance d’ouvrages (barrages, pipelines) ou encore l’agriculture. Pour y arriver, nous avons choisi la spectro-imagerie par transformée de Fourier utilisant un interféromètre biréfringent à décalage latéral. Nous avons ensuite procédé à une modélisation approfondie de tels interféromètres afin de déterminer une configuration optimale associant compacité et résolution spectrale requise. Cette modélisation a été utilisée pour dimensionner trois prototypes avec des spécifications précises : deux prototypes dans le moyen infrarouge, l’un entièrement refroidi et l’autre partiellement refroidi et un prototype dans le lointain infrarouge. Nous avons ensuite réalisé le prototype partiellement refroidi que nous avons caractérisé en laboratoire et que nous avons mis en œuvre sur le terrain. Cette campagne de mesures nous a permis d’obtenir des images hyperspectrales dans des conditions réelles d’utilisation. Par l’analyse de ces images, nous avons évalué les performances opérationnelles de notre système et identifié les points à améliorer. / Recent advances in the field of lightweight technical platforms like UAV or nano-satellite have increased the demand for compact sensors including infrared hyperspectral cameras which are used nowadays in number of military and civilian applications. We propose a new compact infrared hyperspectral camera, the performance of which will allow it to be used in applications like gas detection, military vehicle detection, industrial installation surveillance or agriculture. To do so, we have chosen Fourier transform imaging spectrometry using a birefringent lateral shearing interferometer. Thereafter, we have deeply studied wave propagation in such an interferometer to find out optimal geometries, and we have designed three prototypes: two in the mid-infrared, partially and entirely cooled, and the other in the far infrared spectral domain. The partially cooled prototype has been realized, characterized in the laboratory and tested on the field. This field campaign provided hyperspectral images on real operating conditions. Analysis of these images allowed us to estimate the performance of our system and to identify the points to be improved.

Anticiper les impacts des changements climatiques sur les écosystèmes terrestres, notamment sur le cycle du carbone, nécessite la compréhension et la quantification du fonctionnement photosynthétique des végétaux et leurs réponses aux contraintes abiotiques. Suivre l’évolution des propriétés spectrales des couverts végétaux par la télédétection permet d’avoir accès à leur fonctionnement à des échelles spatiales et temporelles variées. Plusieurs indicateurs optiques ont été développés afin d’accéder à la structure, la biochimie et le fonctionnement écophysiologique des végétaux. Le PRI (photochemical reflectance index), déterminé à partir de la réflectance mesurée dans des bandes étroites à 531 nm et 570 nm, est un proxy de l’efficacité de la plante à utiliser la lumière (LUE, light use efficiency) et plus particulièrement du cycle des xanthophylles, utilisé par la plante pour dissiper l’énergie lumineuse excédentaire sous forme de chaleur. Cependant son usage à l’échelle du couvert végétal, ou à plus larges échelles temporelles et spatiales, entraine l’implication de nombreuses sources de variabilités qui masquent la sensibilité du PRI au fonctionnement photosynthétique, particulièrement les variations biochimiques et phénologiques. L’objectif de ce travail est de mieux comprendre les facteurs qui jouent sur la variabilité du PRI à l’échelle de la feuille et du couvert, afin de caractériser ses réponses aux variations abiotiques de l’environnement et de démêler la composante phénologique de la composante physiologique du PRI. Des études ont été menées en conditions contrôlées, semi-naturelles et naturelles, sur des jeunes arbres et en forêt adulte, soumis à différentes contraintes abiotiques. L’analyse des courbes de réponse du PRI aux variations de lumière incidente utilisée pour la photosynthèse (PAR, photosynthetically active radiation) permet d’isoler 3 paramètres. Le PARsat, la valeur de PAR pour laquelle le PRI sature, le PRI₀, la valeur du PRI à une intensité lumineuse faible (mesurée) ou nulle (estimée) et le ∆PRI, l’amplitude de variation entre le PRI₀ et la valeur de PRI maximum. En période de végétation, la variabilité du PARsat est principalement contrôlée par la disponibilité en eau pour la plante. La variabilité du PARsat est aussi impactée par la concentration d’ozone atmosphérique. En période de débourrement et de sénescence, la variabilité du contenu en chlorophylle régit la valeur du PARsat. Ce paramètre explique la variabilité physiologique du PRI et varie en fonction du facteur limitant la photosynthèse. La variabilité du PRI₀ a été expliquée par la variabilité du contenu biochimique des feuilles en réponse au cycle saisonnier de la chlorophylle et à sa variabilité en conditions de stress. A l’échelle de la canopée, la variabilité de la structure du couvert s’ajoute à la variabilité biochimique du PRI₀. Le PRI₀, en temps que composante phénologique de la variabilité du PRI, peut être utilisé pour corriger le PRI afin de lui soustraire la variabilité structurale et obtenir un PRIc fortement corrélé à la LUE. A l’échelle de la canopée, il a été montré que le PRI est principalement représentatif de la strate supérieure du couvert. Le ∆PRI n’a montré aucune variation intra et inter-journalière, suggérant que le PRI répond non pas au contenu en xanthophylle des plantes, mais à un ratio maintenu constant. Ces résultats mettent en évidence l’importance d’isoler les différentes sources de variabilité du PRI avant de l’utiliser comme proxy du fonctionnement photosynthétique des écosystèmes terrestres. / Anticipating impacts of climate change on terrestrial ecosystems, particularly on the carbon cycle, requires the understanding and the quantification of the plant photosynthetic functioning and of their responses to abiotic factors. Tracking variations of spectral properties of plants using remote sensing allows the access of plant functioning at various spatial and temporal scales. Several optical indices have been developed to assess plant canopy structure, biochemistry and ecophysiological functioning. The PRI (photochemical reflectance index), determined from reflectances measured in narrow bands at 531 nm and 570 nm, may be used as a proxy of light use efficiency (LUE) at leaf and canopy scales, and more particularly of the xanthophyll cycle used by plants to dissipate the excess light energy as heat. However the use of PRI at the canopy scale and at large temporal and spatial scales faces several difficulties related to the involvement of different sources of variability that blur PRI sensitivity to photosynthetic functioning. These sources of PRI variability are particularly linked to spatial and temporal variations of biochemical and phenological canopy properties. The aim of these studies is to better understand the factors affecting PRI variability at leaf and canopy scales, to assess the strength of the relationships between PRI and vegetation responses to environmental abiotic constraints and disentangling the phenological component from the physiological component of PRI. Studies were conducted under controlled, semi-natural and natural conditions, on young trees and a mature deciduous forest subjected to various abiotic constraints. The analysis of PRI responses to the variations of photosynthetically active radiation (PAR) allowed isolating three parameters. The PARsat, the PAR value at the PRI saturation; the PRI₀, the value of PRI at dim light (measured) or in darkness (estimated) and the ΔPRI, the range of PRI variations between the PRI₀ and the maximum value of PRI. During the leaf growing season, PARsat variability is mainly controlled by the availability of water content for the plant. The PARsat variability is also impacted by the atmospheric ozone concentration. During the phenological phases of budburst and the senescence, the variability of the leaf chlorophyll content governs PARsat values. This parameter describes the physiological variability of PRI and varies depending on the limiting factor for photosynthesis. The PRI₀ variability has been explained by the dynamic of the biochemical content of the leaves linked to the seasonal variations of chlorophyll content and to abiotic stress conditions. At canopy scale, the structural variability is added to the biochemical variability of PRI₀. The PRI₀, as the phenological component of PRI variability, can be used to correct PRI, removing its structural variability to obtain a PRIc strongly correlated to LUE. At canopy scale, it was shown that the PRI is mostly representative of the upper layer of the canopy. The ΔPRI showed no variation within and between days, suggesting that the PRI does not respond to the plant xanthophyll content but rather to a ratio maintained constant. These results highlight the importance of isolating the different sources of PRI variability before its use as a proxy of the photosynthetic functioning of terrestrial ecosystems.

Les Hautes Montagnes d’Asie (HMA) abritent la plus grande superficie de glaciers en dehors des régions polaires. Environ 15 % des ~100 000 km² de glaciers des HMA sont couverts de débris d’épaisseur variable. L’influence de cette couverture détritique sur la réponse des glaciers au changement climatique reste méconnue. Au-delà d’une épaisseur critique (quelques cm), les débris protègent les glaciers de la fonte par effet isolant. Mais ces glaciers présentent des structures qui pourraient sensiblement accentuer leur fonte : en surface ce sont les falaises où la glace est à nue et les lacs supra-glaciaires, alors qu’au cœur des glaciers c’est leur réseau hydrologique intra-glaciaire complexe. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’influence de la couverture détritique sur le bilan de masse des glaciers des HMA. Jusqu’à présent, cette influence a été évaluée à partir de changements de longueurs ou sur des échantillons de glaciers restreints, et aucune étude n’a quantifié l’influence de la couverture détritique sur le bilan de masse des glaciers à grande échelle.Nous avons d’abord traité plus de 50 000 couples stéréoscopiques du capteur ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) pour dériver des modèles numériques de terrain (MNTs) sur la quasi-totalité des glaciers des HMA. Nous avons mesuré ainsi le bilan de masse régional entre 2000 et 2016 avec une résolution jamais atteinte auparavant. La perte totale est de 16.3 ± 3.5 Gt a-1 soit un bilan de masse moyen de -0.18 ± 0.04 m équivalent (éq.) eau a-1, très variable spatialement, avec une perte de masse record pour le Nyainqentanglha (-0.62 ± 0.23 m éq. eau a-1) et un léger gain pour le Kunlun (+0.14 ± 0.08 m éq. eau a-1).Cette variabilité spatiale des bilans de masse reflète au premier ordre la variabilité des climats, différents d’un bout à l’autre des HMA. Pour s’en affranchir, nous avons découpé cette région en 12 sous-régions supposées homogènes climatiquement, où nous avons étudié l’influence de la couverture détritique sur le bilan de masse des glaciers de plus de 2 km² (>6 500 glaciers soit 54 % de la surface englacée totale). Statistiquement, la couverture de débris n’est pas un bon prédicteur du bilan de masse. Dans quatre sous-régions, les glaciers couverts ont des bilans de masse plus négatifs que les glaciers blancs, c’est l’opposé dans le Tien Shan alors que pour les sept sous-régions restantes, les bilans ne sont pas différents statistiquement entre glaciers blancs et couverts. Souvent, la couverture détritique a une influence plus faible que la pente de la langue ou l’altitude moyenne du glacier, car les langues couvertes de débris descendent plus bas en altitude, là où l’ablation est la plus forte.Ce type d’étude statistique est intéressant pour se forger une intuition, mais reste peu informatif en termes de compréhension des processus glaciologiques. Pour mieux contraindre les contributions des processus responsables de la fonte, nous avons travaillé en parallèle à une échelle plus fine en nous intéressant au glacier du Changri Nup (2.7 km²) situé non loin de l’Everest au Népal. A partir de MNTs haute résolution dérivés d’images des satellites Pléiades ou acquises avec un drone, nous avons montré que les falaises de glace, bien qu’elles n’occupent que 7 à 8 % de la surface de la langue de ce glacier, ont contribué à ~23 ± 5 % de l’ablation nette totale au cours de deux années contrastées. Ces falaises sont donc des zones d’ablation préférentielle mais couvrent des surfaces trop faibles pour compenser la réduction d’ablation induite par la couverture détritique environnante. Si l’on observe des taux d’amincissement similaires sur les langues couvertes ou non de débris, c’est que la vitesse d’émergence est plus faible sur les langues couvertes ce qui compense un bilan de masse de surface moins négatif que sur les glaciers blancs. Il est néanmoins nécessaire de mieux comprendre la dynamique des langues couvertes de débris. / High Mountain Asia (HMA) hosts the largest glacierized area outside the polar regions. Approximately 15 % of the ~100 000 km² of HMA glaciers is covered by a debris layer of various thickness. The influence of this debris on the HMA glacier response to climate change remains debated. In principle, the presence of a thick layer of debris reduces the melt of the ice beneath it, due to the insulating effect. However, other processes such as ablation of bare ice cliff faces, subaqueous melt of supraglacial ponds and internal ablation due to englacial hydrology could substantially contribute to enhance the debris-covered glacier mass losses. The aim of this PhD work is to assess the impact of the debris on glacier mass balance in HMA. Up to now, the influence of the debris cover has been assessed through glacier front position changes or on a restricted sample of glaciers, and no large scale study of the influence of the debris cover on the glacier-wide mass balance is available.As a starting point, we derived glacier mass changes for the period 2000-2016 for the entire HMA, with an unprecedented resolution, using time series of digital elevation models (DEMs) derived from Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) optical satellite imagery. We calculated a total mass loss of -16.3 ± 3.5 Gt yr-1 (-0.18 ± 0.04 m w.e. yr-1) with contrasted rates of regionally-averaged mass changes ranging from -0.62 ± 0.23 m w.e. yr-1 for the eastern Nyainqentanglha to +0.14 ± 0.08 m w.e. yr-1 for the western Kunlun Shan.At the scale of HMA, the pattern of glacier mass changes is not related to the presence of debris, but is linked with the climatology. Consequently, we studied the influence of the debris-cover on mass balance within climatically homogeneous regions. Based on the mass balances of individual glaciers larger than 2 km² (more than 6 500 glaciers, which represent 54% of the total glacierized area), we found that debris-covered glaciers have significantly more negative mass balances for four regions out of twelve, a significantly less negative mass balance for one region and non-significantly different mass balances for the remaining seven regions. The debris-cover is generally a less significant predictor of the mass balance than the slope of the glacier tongue or the glacier mean elevation. The influence of the debris is not completely clear and complicated to untangle from the effect of the other morphological parameters, because heavily debris-covered tongues are situated at lower elevations than debris-free tongues, where ablation is higher.However, such a statistical analysis of the influence of the debris-cover on the glacier-wide mass balance variability is not very informative in terms of glaciological processes. In order to better constrain the contribution of the different ablation processes on debris-covered tongues, work at a finer scale is required. For the debris-covered tongue of Changri Nup Glacier, Everest region, Nepal, we quantified the contribution of ice cliffs to the ablation budget. Using a combination of very high resolution DEMs derived from Pléiades images and an unmanned aerial vehicle, we found that ice cliffs contributed to ~23 ± 5 % of the total net ablation of the tongue, over two contrasted years, although they occupy only 7 to 8 % of its area. Ice cliffs are large contributors to the ablation of a debris-covered tongue, but they cannot alone explain the so-called debris cover anomaly, i.e. the fact that debris free and debris covered tongues have similar thinning rates. This anomaly is probably due to smaller emergence velocity over debris-covered tongues than over debris-free tongues, resulting in similar thinning rates, despite less negative surface mass balance rates. We advocate for more measurements of ice thickness of debris-covered tongues in order to better understand their dynamics.

Cette thèse étudie les problèmes posés par l’estimation automatique de modèles numériques d’élévation de la surface terrestre à partir de photographies prises par des satellites. Ce travail a bénéficié d’une collaboration avec le CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) sur le développement d’outils de vision stéréoscopique pour Pléiades, le premier satellite d’observation de la Terre capable de produire des paires ou triplets d’images quasi-simultanées. Le premier chapitre de la thèse décrit un modèle simplifié de caméra pushbroom destiné aux satellites d’observation de la Terre, et aborde le problème de la correction des données de calibration en faisant intervenir des mesures externes. Ce chapitre propose un nouvel algorithme pour affiner les paramètres d’orientation du satellite à partir d’un jeu de points de contrôle. Il est utilisable pour tous les satellites munis de caméras pushbroom. Dans le but d’appliquer aux images satellitaires les nombreux algorithmes de mise en correspondance stéréoscopique développés en traitement d’images et en vision par ordinateur, le deuxième chapitre explore l’adaptation de la théorie de la rectification épipolaire aux images prises par des caméras pushbroom. La rectification épipolaire est utilisée habituellement pour réduire la complexité du problème de mise en correspondance stéréoscopique, et permet d’appliquer les algorithmes les plus récents à des images satellitaires. Le chapitre suivant étudie les effets des erreurs de calibration géométrique sur la rectification et propose une méthode pour éliminer leur impact sur la mise en correspondance. Le quatrième chapitre décrit et analyse en détails une implémentation de l’algorithme Semi-Global Matching (SGM), classé actuellement parmi les meilleurs algorithmes de mise en correspondance stéréoscopique. En se fondant sur une réinterprétation récente de SGM, ce chapitre en propose une variante qui permet de réduire d’un facteur cinq son écart en énergie par rapport aux algorithmes de référence pour la minimisation de champs aléatoires de Markov. En assemblant les blocs algorithmiques décrits dans les chapitres précédents, le cinquième chapitre décrit S2P, une chaîne stéréoscopique complète qui produit des modèles numériques d’élévation à partir d’images satellitaires. Un modèle d’évolution de paysage est présenté dans le sixième chapitre comme exemple d’application. Le modèle est utilisé pour simuler numériquement la structure fine du réseau hydrographique sur des modèles numériques d’élévation obtenus à partir d’images prises par Pléiades. Le code source de la chaîne S2P2 est distribué en tant que logiciel open source. Afin d’assurer la reproductibilité des résultats obtenus, les algorithmes implémentés dans S2P sont en cours de publication dans le journal IPOL, accompagnés de descriptions et d’analyses détaillées, de codes sources documentés et de démonstrateurs en ligne. / This thesis deals with the problem of computing accurate digital elevationmodels of the Earth's surface from optical images taken by pushbroomobservation satellites. It takes advantage of the collaboration of thedefendant with CNES (the French Space Agency) on the development ofstereo vision tools for Pléiades, the first Earth observation satelliteproducing quasi simultaneous stereo pairs or triplets with small baseline.The first chapter describes a simple pushbroom camera model for observationsatellites orbiting around the Earth and addresses the correction of theacquisition geometry by involving extrinsic information. This chapter proposesa new algorithm to refine the orientation parameters from a set of groundcontrol points, applicable to all pushbroom satellites.With the goal of testing for satellite imaging the thriving exploration ofstereo matching by the computer vision community, the second chapter exploresthe adaptation of the theory of epipolar resampling to pushbroom images.Epipolar resampling is traditionally used in stereo to reduce the matchingcomputational cost, and permits to test for satellite imaging the mostcompetitive computer vision algorithms. The third chapter discusses the effectsof geometric calibration inaccuracies and proposes a method to cancel itsimpact on stereo matching.The fourth chapter analyzes and describes a detailed implementation of theSemi-Global Matching (SGM) algorithm, which is currently among the top-rankedstereo vision algorithms. Based on a recently proposed interpretation of SGM asa min-sum Belief Propagation algorithm, a variant is proposed that allows toreduce by a factor five the energy gap of SGM with respect to referencealgorithms for Markov Random Fields with truncated smoothness terms.By wrapping together the algorithmic blocks described in the previous chapters,the fifth chapter describes S2P, a complete stereo pipeline for producingdigital elevation models from satellite images. As an application, a landscapeevolution model is presented in the sixth chapter. The model is used tosimulate numerically the fine structure of the river networks on digitalelevation models obtained from Pléiades Earth observation images.The source code of the S2P stereo pipeline is distributed as open source. Toensure reproducibility, the algorithms implemented in each step of the S2Ppipeline are submitted to the IPOL journal, with detailed descriptions of thealgorithms, documented source codes and online demonstrations for each block ofthe pipeline.

La télédétection de la végétation continentale repose classiquement sur des indices de réflectance qui renseignent sur l'état des couverts (indice foliaire, fraction de trou, biomasse). L'émission de fluorescence qui accompagne l'activité photosynthétique porte une information sur le fonctionnement de la végétation. Les récentes évolutions instrumentales permettent de suivre la fluorescence des couverts, néanmoins l'interprétation de ce signal en termes physiologiques nécessite de prendre en compte l'influence de la structure du couvert sur le signal de fluorescence. Le défi actuel est de passer du niveau de la feuille (2D) au niveau des couverts végétaux (3D). Un premier travail a été le développement d'un dispositif pour la mesure quantitative de la déformation spectrale de l'émission de fluorescence lors du changement d'échelle. Ce dispositif appliqué sur différents couverts, a permis d'identifier les paramètres prépondérants de la déformation spectrale. La simulation à l'aide du modèle FluoSAIL confirme ces observations. Un couvert de blé sénescent (3D, non fluorescent) a également été suivi pour quantifier l'impact de la géométrie du couvert sur la mesure de fluorescence. Une simulation réalisée à l'aide des modèles SAIL et MODTRAN a permis de dégager les configurations de mesures pour lesquelles cet effet peut être négligé. Les campagnes de mesures ont également permis d'approfondir la signification de la fluorescence mesurée au niveau du couvert. En particulier, la mesure simultanée de fluorescence et d'échanges gazeux d'un couvert agricole a permis l'étude de la relation entre les indices de fluorescence et l'assimilation de CO2 du couvert.