Le projet INDESO (Développement de l'océanographie spatiale en Indonésie) en collaboration entre le gouvernement indonésien (Ministère des affaires maritimes et des pêches - MMAF) et la société française CLS (Collecte Localisation Satellite) promeut l'utilisation des technologies spatiales pour la surveillance des côtes et des mers indonésiennes. Cette thèse fait partie du volet sur la surveillance des récifs coralliens, mené par l'IRD (Institut de Recherche pour le Développement). L'objectif principal était de déterminer si les habitats des récifs coralliens dans l'île de Bunaken dans le nord de Sulawesi sont résilients, en utilisant i) des cartes d'habitat nouvellement conçues, ii) des données in situ et une série chronologique de 15 ans unique d'images satellites de différents capteurs très haute résolution (THR), iii) des données auxiliaires qui pourraient expliquer les changements détectés. Les résultats comprennent des cartes très détaillées de l'habitat des récifs de Bunaken (194 polygones cartographiés et un recensement de 175 habitats). L'influence de la chute du niveau de la mer sur la mortalité des coraux pendant l'événement El Niño de 2015-2016 est présentée en détail, et l'importance de ce processus est également discutée à partir de l'interprétation d'une série chronologique unique de 15 ans d'images THR. La série temporelle met en évidence des trajectoires très différentes des habitats coralliens. Nous avons conclu que le récif de Bunaken démontre une capacité de résilience et sans déphasage, mais qu'un diagnostic définitif de sa résilience reste difficile à déterminer par imagerie. Des trajectoires de l'habitat ne peuvent pas être totalement interprétées sans changer certains paradigmes de surveillance, et sans utiliser une combinaison d'observations de télédétection et de données in situ. / The INDESO (Infrastructure Development of Space Oceanography) project, in collaboration with the Indonesian Government (Ministry of Marine Affairs and Fisheries - MMAF) and the French company CLS (Collecte Localisation Satellites), promotes the use of space technologies for monitoring coastlines and Indonesian seas. This thesis is part of coral reef monitoring component, led by the IRD (Institute de Recherche pour le Développement). The main objective was to determine wether coral reef habitats on Bunaken Island in Northern Sulawesi are resilient, using (i) newly desgined habitat maps, (ii) in situ data, and a unique 15-year time series of satellite images of different very high resolution (VHR) sensors, and (iii) ancillary data that could explain the changes detected. The results include highly detailed maps of the Bunaken reefs habitat (194 polygons mapped and a census of 175 habitats). The influence of sea level fall on coral mortality during the El-Nino event of 2015 - 2016 is presented in detail, and the importance of this process is also discussed from the interpretation of a unique time series of 15 years of VHR images. The temporal series reveals very different trajectories of the coral habitats. We conclude that Bunaken reefs demonstrate an ability to resileince and without phase shift, but that a definitive diagnosis of their resilience remains difficult to determine by imagery. Habitat trajectories can not be fully interpreted without changing some monitoring paradigms and without using a combination of remote sensing and in situ data.

En régions méditerranéennes, la gestion de l'eau à partir d'outils d'aide à la décision requiert la connaissance des échanges d'énergie et de masse entre la surface et l'atmosphère, dont l'évapotranspiration, qui représente la composante majeure du cycle hydrologique. Les avancées récentes, en termes de modélisation des Transferts Sol-Végétation-Atmosphère (TSVA) pour des couverts homogènes et d'assimilation des données de télédétection, principalement à l'échelle subrégionale, permettent d'envisager le passage à l'échelle régionale pour des couverts complexes de type cultures en rang. L'objectif de ce travail est de développer une modélisation versatile et de la caler par télédétection à l'échelle régionale sur un bassin versant viticole. Les investigations sont menées sur le bassin versant de la Peyne, dans le cadre de l'ORE OMERE. Une analyse bibliographique a permis de sélectionner un modèle TSVA à vocation régionale avec un nombre réduit de paramètres. L'implémentation de ce modèle est motivée par des objectifs de versatilité mais aussi d'inclusion dans une plateforme de simulation. Parallèlement, l'évapotranspiration a été spatialisée à l'échelle régionale par synergie des données télédétectées infrarouge thermique ASTER et Landsat. Les chroniques d'évapotranspiration obtenues sont ensuite utilisées pour caler le modèle TSVA. / In Mediterranean regions, decision making tools for water management require knowledge of water and mass exchanges between land surface and atmosphere, where evapotranspiration is the main component of the hydrological cycle. Recent advances, in terms of modeling and remote sensing, mainly at the subregional scale for homogeneous canopies, allow foreseeing the regional extent for complex landscapes such as row crops. This work aims to propose and calibrate a versatile modeling at the regional scale over a vineyard watershed, the calibration relying on remote sensing. A literature review allows selecting a SVAT model with a regional scope and a limited number of parameters. Model implementation is motivated by versatility and further inclusion into a simulation platform. Then, evapotranspiration is spatialized synergistically by using thermal infrared data from ASTER and Landsat remote sensors. Next, the time series obtained for evapotranspiration are used for calibrating the selected SVAT model. These investigations are conducted over the Peyne watershed, within the framework of the OMERE Observatory for environmental research.

La paramétrisation du transfert de chaleur par télédétection, basée sur le schéma SEBS, s'est déjà avérée très adaptée pour l'estimation de l'évapotranspiration (ET) sur des surfaces naturelles homogènes. Cependant, l'utilisation d'une telle méthode pour des paysages hétérogènes (e.g. régions semi-arides ou surfaces agricoles) est plus délicate, puisque le principe de la théorie de la similarité est compromis par la présence de différentes sources de chaleur et de hauteurs variées. Dans un premier temps, cette thèse a pour objectif de proposer et d'évaluer différents modèles basés sur la géométrie de la végétation qui permettent d'estimer la longueur de rugosité pour le transfert de quantité de mouvement à la surface (z0m), cette dernière étant un paramètre clé dans la caractérisation du transfert de chaleur. En revanche, une telle investigation ne peut être menée qu'à une petite échelle et à l'aide de données de télédétection très haute résolution permettant ainsi une description très détaillée de la surface. Ensuite, le second aspect de ce travail est de caractériser le transfert de chaleur dans le cas d'études régionales. Puis, la capacité de SEBS à estimer les flux de chaleur turbulents à de grandes échelles spatiales et temporelles sera évaluée. Pour ce faire, l’approche multi-échelle de SEBS (MSSEBS) a été implémentée afin de traiter une zone de 2,4 millions km2, incluant le Plateau du Tibet et l’amont des principaux fleuves d’Asie du sud-est. La combinaison de données horaires de température de surface FY-2 avec un rayonnement net journalier et des paramètres de surface avancés, permet de produire une série temporelle d’ET sur le Plateau du Tibet pour la période 2008-2010, et à une fréquence journalière. / The parameterization of heat transfer by remote sensing, and based on SEBS scheme for turbulent heat fluxes retrieval, already proved to be very convenient for estimating evapotranspiration (ET) over homogeneous land surfaces. However, the use of such a method over heterogeneous landscapes (e.g. semi-arid regions or agricultural land) becomes more difficult, since the principle of similarity theory is compromised by the presence of different heat sources with various heights. This thesis aims at first to propose and evaluate some models based on vegetation geometry for retrieving the surface roughness length for momentum transfer (z0m), which is a key parameter in the characterization of heat transfer. Such an investigation can only be led at a small scale with very-high resolution remote sensing data, for a precise description of the land surface. Therefore, the second aspect of this work is to determine how to address the characterization of heat transfer for regional studies. Then, the reliability of SEBS for estimating turbulent heat fluxes at large spatial and temporal scales has been evaluated. To do so, the Multi-Scale SEBS approach (MSSEBS) has been implemented for a 2.4 million km2 area including the Tibetan Plateau and the headwaters of the major rivers of East and South Asia. The addition of gap-filled hourly FY-2 LST data to advanced daily averaged net radiation and land surface parameters, allows to compute time-series of land surface ET over the Tibetan Plateau during the period 2008-2010, and on a daily basis.

L'objectif principal de cette thèse est de comprendre le fonctionnement d'un écosystème semi-aride, en développant des méthodologies permettant de combiner des mesures satellites optique et micro-onde et un modèle semi-empirique pour estimer l'évapotranspiration et sa dynamique saisonnière dans une région semi-aride (plaine de Kairouan). L'estimation de cette dernière nécessite une bonne description de la dynamique du couvert végétal et un suivi du stock d'eau dans le sol. Pour se faire, une analyse de la dynamique de la végétation est faite sur la base de la série temporelle SPOT VEGETATION de 1998 à 2010. Pour appréhender le comportement de la végétation face à des fréquentes périodes de sècheresse, une analyse fractale est developpée pour étudier la persistance du couvert végétal. Un nouvel indice statistique VAI " Vegetation Anomaly Index " décrivant l'état du stress hydrique de la végétation a été proposé. Cet indice quantitatif permet de décrire à l'échelle mensuelle l'état de la végétation. Plusieurs approches de validation sont mises en œuvre pour montrer la performance de cet indice. En termes de suivi du stock d'eau dans le sol, l'analyse est basée sur des produits d'humidité (IPF Université de Vienne) des diffusiomètres spatiaux ERS et ASCAT/METOP. Ces produits ont été validés sur notre site d'étude via deux approches différentes. Un indice de sécheresse a été proposé à partir de la longue série de produits d'humidité qui couvre vingt années (de 1991 à 2010). L'indice proposé MAI " Moisture Anomaly Index " est basé sur une analyse des anomalies des variabilités temporelles des stocks d'eau dans le sol, estimées par les satellites ERS et ASCAT/METOP. Une analyse comparative avec d'autres indices de sécheresse, particulièrement le SPI " Standardized Precipitation Index " est faite pour mettre en évidence la performance de cet indice. Ces informations tirées à partir des deux séries temporelles optiques et micro-ondes sont ensuite intégrées dans un modèle simple et opérationnel, le modèle FAO-56 (approche double coefficient culturale) pour la cartographie de l'évapotranspiration réelle journalière. Une validation de cette approche est proposée en confrontant les résultats avec des sorties d'un modèle SVAT : ISBA-A-gs.

La cartographie, l'inventaire et le suivi de glissements de terrain sont indispensables pour l'évaluation de l'aléa glissements de terrain et la gestion des catastrophes. La disponibilité croissante des satellites THR, des drones et des appareils photo numériques grand public offre un grand potentiel pour soutenir ces tâches à l'échelle régionale et locale en complément detechniques établies telles que l'instrumentation in-situ, radar, et les acquisitions par scanner laser. Un manque d'outils de traitement d'image pour l’extraction efficace d’informations pertinentes à partir de différents types d'imagerie optique complique encore l'exploitation des données optiques et entrave la mise en oeuvre de services opérationnels. Cette thèse est consacrée à l'élaboration et l'application de techniques de traitement d'image pour la cartographie, la caractérisation et la surveillance des glissements de terrain en exploitant des données d'imagerie optique. Un état de l'art approfondi des techniques de télédétection innovantes pour la surveillance des glissements de terrain est proposé et démontre le potentiel et les limites des techniques et propose des critères pour le choix des capteurs disponibles (plateformes et méthodes d'analyse d'images) selon le processus observé et les besoins des utilisateurs. Pour la cartographie rapide des glissements de terrain lors de catastrophes majeures, une méthode qui combine segmentation d'image et apprentissage supervisé est développée pour l'analyse des images satellitaires THR à travers plusieurs exemples en Chine, au Brésil, à Haïti, en Italie et en France. Pour l'analyse de glissements de terrain à l'échelle locale, la recherche a élaboré des chaînes de traitement d'images pour la détection de fissures à partir de séries temporelles d'images de drones comme possible géo-indicateurs de l'activité des glissements, la mesure des champs de déplacements horizontaux à partir d'images satellitaires THR utilisant en utilisant des méthodes stéréophotogrammétrie et par corrélation d’image, et les mesures 3D à partir de photographies terrestres basées sur des méthodes de photogrammétrie multi-images. / Landslide inventory mapping and monitoring are indispensable for hazard assessment and disaster management. The enhanced availability of VHR satellites, UAVs and consumer grade digital cameras offers a great potential to support those tasks at regional and local scales, and to complement established techniques such as in situ instrumentation, radar, andlaser scanning. A lack of image processing tools for the efficient extraction process-relevant information from different types of optical imagery still complicates the exploitation of optical data and hinders the implementation of operational services. This doctoral thesis is dedicated to the development and application of image processing techniques for the mapping,characterization and monitoring of landslides with optical remote sensing data. A comprehensive review of innovative remote sensing techniques for landslide monitoring shows the potential and limitations of available techniques and guides the selection of the most appropriate combination of sensors – platforms – image analysis methods according to the observed process and end-user needs. For the efficient detection of landslides after major triggering events at the regional scale, a method for rapid mapping combining image segmentation, feature extraction, supervised learning is developed. For detailed landslide investigations at the local scale, this study elaborates image processing chains for detection of surface fissures in time-series of UAV images as geo-indicators of landslide activity, the measurement of horizontal surface displacements from VHR satellite images using stereo-photogrammetric and image correlation methods, and 3D measurements from terrestrial photographs based on multi-view open-source photogrammetry.