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Évaluation de l’apport des données polarimétriques RADARSAT-2 pour le suivi de l'humidité du sol et la classification des structures internes des tourbières.

Ouail, Messari (2016). Évaluation de l’apport des données polarimétriques RADARSAT-2 pour le suivi de l'humidité du sol et la classification des structures internes des tourbières. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 125 p.

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Résumé

Le bassin versant La Grande se situe dans le nord-ouest du Québec. Le fleuve La Grande se jette dans la Baie de James (Québec, Canada). C'est aussi un complexe hydroélectrique génèrant environ 40% des besoins en électricité du Québec. Les tourbières couvrent près de 20 % de l'environnement terrestre de ce bassin versant. Une compréhension de la dynamique hydrologique des écosystèmes des tourbières boréales est nécessaire afin de mieux gérer la productivité annuelle de l'hydroélectricité du complexe de La Grande. En raison de la grande dimension du bassin, il est impératif de développer des techniques de télédétection pour récupérer les paramètres hydrologiques. Dans le cadre d'un projet de recherche sur l'humidité du sol des tourbières boréales du bassin versant de La Grande à la Baie de James, la télédétection radar multipolarisation a été exploitée afin d'évaluer son potentiel pour faire le suivi de l'humidité du sol dans les structures internes des tourbières. Pour ce faire, un ensemble de 36 images RADARSAT-2 ont été acquises en mode Quad-Pol Fin sur deux saisons végétatives de mai à octobre 2009 et 2010. Ces images ont été centrées sur deux tourbières nommées Abeille et Chenille. Un des objectifs du projet consistait à évaluer le potentiel de la polarimétrie radar, d'une part, divers paramètres polarimétriques ont été extraits de ces images RADARSAT-2 et ont été comparés avec des données d'humidité du sol recueillies sur le terrain lors de l’acquisition des images. Les paramètres polarimétriques H (entropie), A (anisotropie), l'angle α et l'angle α1 ont été évalués lors de cette étude. Le paramètre α1 a indiqué une forte sensibilité à l'humidité de la surface du sol avec un coefficient de détermination R² de l'ordre de 0.77, ainsi qu'une dominance quasi-totale de la diffusion de surface avec une valeur de l'angle α inférieure à 45° pour toute la période d'étude. Cette étude a confirmé que le paramètre α1 peut aussi être utilisé pour le suivi de l'humidité du sol en surface des tourbières à une profondeur de 5 cm. Afin de délimiter les structures internes des tourbières (aquatiques, semi aquatiques et terrestres) et d'en suivre les changements saisonniers et interannuels, une approche de classification orientée-objets a aussi été mise en place. Une segmentation de l'image en objets homogènes, en se basant sur l'algorithme de segmentation multirésolution, a été utilisée, suivi d'une création hiérarchique des classes thématiques, d'une classification hiérarchique et finalement, la validation des résultats obtenus. Les résultats obtenus montrent la capacité des données polarimétiques à bien délimiter les milieux humides (les tourbières), avec une précision estimée de 91%.

Abstract

The River basin located in nothern Quebec, Canada drains into James Bay. It is part of a hydroelectric complex generating about 40% of Quebec's demand in electricity. Peatlands cover about 20% of the basin. Understanding the hydrological dynamics of boreal peatlands ecosystems is important to further improve the management of the annual hydroelectric production. Due to the large size of the basin, it is imperative to develop remote sensing monitoring techniques to assess key hydrological parameters. As part of a research project on soil moisture in boreal peatlands located in the La Grande River basin, multipolarization radar remote sensing has been exploited to assess its potential to monitor soil moisture of the peatlands' internal structures. To do this, a set of 36 RADARSAT-2 Quad-pol and Fine images were acquired during two growing seasons from May to October 2009 and 2010. These images were centered on two peatlands referred to by the research team as the 'Abeille' and 'Chenille'. One of the project objectives was to evaluate the potential of radar polarimetry. First, various polarimetric parameters extracted from the RADARSAT-2 images were compared with soil moisture data collected in the field during the overpass of the satellite. The potential of polarimetric parameters, the entropy (H), the anisotropy (A), the angle α and the angle α1, were analyzed in this study. The results revealed that the parameter α1 indicated a strong sensitivity to soil moisture with a coefficient of determination R² equals to 0,77 and a near-total dominance of surface diffusion with an angle α below 45° for the entire study period. This study confirmed the usefulness of parameter α1 to monitor soil moisture the surface of peatlands to a thickness of 5 cm. To delineate the internal structures of peatlands (aquatic, semi aquatic and terrestrial) and to monitor seasonal and inter-annual changes, an object-oriented classification approach was also introduced. A segmentation of the image into homogeneous objects, based on a multi-resolution segmentation algorithm, was used, followed by a hierarchical construction of thematic classes, then a hierarchical classification, and finally validation. The results show the ability of polarimetric data to delineate wetlands, with an estimated accuracy of 91%.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Bernier, Monique
Co-directeurs de mémoire/thèse: Erraji, Ahmec; Jacome, Andrès
Mots-clés libres: tourbières boréales; télédétection; milieux humides; surveillance; humidité du sol; structures internes des tourbières; RADARSAT-2; paramètres polarimétriques; entropie; anisotropie; angle alpha; orientée-objets; segmentation multirésolution; classification; classification hiérarchique; boreal peatlands; remote sensing; wetland monitoring; soil moisture; internal structures of peatlands; polarimetric parameters; entropy; anisotropy; alpha angle; object-oriented; multi-resolution segmentation; hierarchical classification
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 29 août 2017 19:31
Dernière modification: 29 août 2017 19:31
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/5252

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