Supplément - Indices de végétation (1/3)

Le 'red edge'

Les régions rouge et proche infrarouge du spectre électromagnétique sont adjacentes (le rouge se situe approximativement entre 600 et 700 nm de longueur d'onde et le proche infrarouge commence à 700 nm et s'étire jusqu'à 1200 nm de longueur d'onde). La faible réflectance de la végétation dans le rouge est donc immédiatement suivie par une augmentation importante de la réflectance dans le proche infrarouge. Cette brusque augmentation de la réflectance entre 690 et 730 nm de longueur d'onde est appellée le 'red edge' (littéralement: le bord rouge).

Zoom Sign
Red edge shift, due to chlorophyll concentration change
Déplacement du 'red edge' causé par une modification de la concentration en chlorophylle. Une concentration élevée en chlorophylle augmente l'absorption dans la région rouge et déplace le 'red edge' vers les plus grandes longueurs d'ondes.

L'image ci-dessus montre les réflectances de trois canopées de plantes similaires. Leur seule différence est leur concentration en chlorophylle. Les courbes rouge, jaune et verte proviennent respectivement de plantes à faible, moyenne et haute concentration en chlorophylle. Quand la concentration en chlorophylle augmente, l'absorbtion dans la région rouge du spectre augmente aussi, ce qui génère une plus faible réflectance. En supplément, le puits d'absorption (la région du spectre où on note de l'absorption) s'élargit. Cela provoque le déplacement du 'red edge' vers les plus grandes longueurs d'ondes (vers le proche infrarouge) et lui donne une pente moins abrupte.



Question: Quand la concentration en chlorophylle augmente, que se passe-t-il dans la région verte de la courbe de réflectance ?

Réponse

Evolution des indices de végétation

La plupart des indices de végétation sont basés sur la différence de réflectance dans le visible et dans le proche infrarouge. Comme la chlorophylle se trouve dans toutes les plantes et qu'elle a une absorption caractéristique dans le rouge, c'est souvent cette partie de la région visible du spectre qui est choisie, plutôt que d'utiliser toute la région visible.

L'indice de végétation par différence normalisée (NDVI)

La première fois que les réflectances dans le rouge et dans le proche infrarouge ('near-infrared', NIR) ont été combinées, c'était pour mesurer l'indice de surface foliaire ('Leaf Area Index', LAI) dans les canopées forestières (Jordan, 1969). Ce premier indice utilisait le rapport PIR/rouge et fut appliqué plus tard à des données Landsat/MSS de la NASA. Des études ultérieures ont montré que la version normalisée de ce rapport était plus performante dans certains cas, et l'indice de végétation par différence normalisée ('Normalised Difference Vegetation Index', NDVI) fut peu à peu introduit. Cet indice est le rapport de la différence entre la réflectance dans le proche infrarouge et dans le rouge, sur la somme des deux. Sa valeur varie entre -1 (pas de végétation) et +1 (végétation abondante).

[NDVI = (NIR - Rouge) / (NIR + Rouge)]

Le NDVI peut être correlé à de nombreuses propriétés des plantes. Il a été, et est encore aujourd'hui, utilisé pour caractériser l'état de santé des plantes, pour repérer les changements phénologiques, pour estimer la biomasse verte et les rendements et dans bien d'autres applications.

Cependant, le NDVI possède aussi certaines faiblesses. Les conditions atmosphériques et les fines couches nuageuses peuvent influencer le calcul du NDVI à partir de données satellitaires. Quand la couverture végétale est faible, tout ce qui se trouve sous la canopée influence le signal de réflectance qui sera enregistré. Il peut s'agir de sol nu, de litière végétale ou d'un autre type de végétation. Chacun de ces types de couvert du sol aura sa propre signature spectrale, différente de celle de la végétation qu'on souhaite étudier.