Ignacio TOURIÑO SOTO pour obtenir le titre de

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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE Présentée par Ignacio TOURIÑO SOTO pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE Spécialité : ANALYSE SPATIALE ET AGRONOMIE Mise en relation de la cartographie du rendement avec la distribution spatiale de l'état de surface du sol observée par télédétection. Application dans un contexte d'agriculture de précision Soutenue publiquement le 17 juin 2005 à Toulouse devant le jury composé de : M. P. GRIEU ENSAT – INRA Toulouse Directeur de thèse Mme. F. CARRÉ JRC - IES Rapporteur M. R. ESCADAFAL IRD- CESBio Rapporteur M. C. PUECH CEMAGREF- Montpellier Rapporteur M. M. GAY ESA-Purpan Examinateur et co-encadrant Mme. M. GUERIF INRA- Avignon Examinatrice M. P. DOUBLET G.C.O. Invité Thèse réalisée dans le cadre d'une bourse CIFRE financée par le Groupe Coopératif Occitan INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE de TOULOUSE ECOLE DOCTORALE « SCIENCES ECOLOGIQUES, VETERINAIRES, AGRONOMIQUES ET BIOINGENIERIES ». ECOLE SUPERIEURE D'AGRICULTURE DE PURPAN

  • membres du comité de lecture sur le changement d'échelle

  • classification du bassin versant en zones

  • contexte d'agriculture de précision

  • échelle parcellaire

  • explication de la variabilité intra


Publié le : mercredi 1 juin 2005
Lecture(s) : 88
Source : ethesis.inp-toulouse.fr
Nombre de pages : 70
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INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE de TOULOUSE
ECOLE SUPERIEURE DAGRICULTURE DE PURPAN
ECOLE DOCTORALE « SCIENCES ECOLOGIQUES, VETERINAIRES, AGRONOMIQUES ET BIOINGENIERIES ». THÈSE Présentée par Ignacio TOURIÑO SOTO pour obtenir le titre de DOCTEUR DE LINSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE Spécialité :ANALYSE SPATIALE ET AGRONOMIEMise en relation de la cartographie du rendement avec la distribution spatiale de létat de surface du sol observée par télédétection.Application dans un contexte dagriculture de précisionSoutenue publiquement le 17 juin 2005 à Toulouse devant le jury composé de : M. P. GRIEU de thèse DirecteurENSAT  INRA Toulouse Mme. F. CARRÉ RapporteurJRC - IES M. R. ESCADAFALRD- CESBio Rapporteur I M. C.PUECH CEMAGREF- Rapporteur Montpellier M. M. GAY et co-encadrantESA-Purpan Examinateur Mme. M. GUERIFINRA- Avignon Examinatrice M. P.DOUBLET G.C.O. Invité
Thèse réalisée dans le cadre dune bourse CIFRE financée par le Groupe Coopératif Occitan
stnemeerciRem
Tout d’abord je tiens à remercier trois personnes sans qui ce périple particulier, appelé thèse, n’aurait pas eu lieu. Jean-François Sillon m’a encadré lors de mon DEA et m’a beaucoup aidé pour trouver un financement de thèse et pour démarrer ce travail ; je tiens à te remercier très fortement et, même si tu as quitté le navire pour trouver ton port à Nice, Michel Gay d’un point de vue scientifique et Philippe Grieu d’un point de vue administratif ont réussi à mener le navire à bon port, un grand merci donc à mes deux directeurs de thèse. C’est au port que le jury, mon jury, a évalué le bateau ; je vous remercie du temps consacré à la lecture, aux critiques, au déplacement, … Merci beaucoup !!!.  Mais une traversée de ce style n’est pas conseillé en solitaire, c’est ici que je remercie le capitaine en ingénierie Jean Philippe Denux et informatique David Grandcoin et les autres membres de l’équipage, permanents, Véronique Cheret, Anne et Jonathan ainsi que les saisonniers (Mégane, Ewa, Lara, Monica, Laetitia, Paulina, Thomas, Jean Guillaume, Cédric, Carlos, Isabelle, Pierres, Benoît, Michael, Martin….. ), merci à tous pour les échanges, les gâteaux, les cafés, l’appui technique et moral …..  Mais comme il n’y pas que son propre bateau dans la vie, j’ai eu l’opportunité d’échanger, de partager, d’être guidé et conseillé par d’autres personnes, c’est ici que je remercie d’une part les membres du comité de pilotage de la thése-Philippe Lagacherie, Delphine Leenhardt, Martine Guérif et Philippe Doublet ainsi que les membres du comité de lecture sur le changement d’échelle qui m’ont beaucoup aidé : merci à Robert, Michel, Philippe, Gérard, Carine, Anne, Laurent, Olivier, Hervé, Patrick, Frédéric et tous les autres……  Un grand merci aussi à mes amis-clin d’œil à Sylvie pour ta lecture attentive et tes corrections- et à ma famille pour leur soutien permanent et en particulier à celle qui partage ma vie et avec qui de nouvelles croisières se profilent, merci beaucoup Anne. Enfin Gracias a todos los que me han ayudado, tanto de cerca como de lejos, a realizar este trabajo.
Résumé
Ce travail de thèse répond à une demande émanant du Groupe Coopératif Occitan (GCO) et sinscrit dans une problématique de recherche actuelle. Le GCO cherchait à travers ce travail, dune part à aider lagriculteur à définir de zones de modulation intra parcellaire et dautre part à identifier au sein dun bassin agricole les zones de plus grand potentiel pour la mise en place dune démarche dagriculture de précision. La problématique de recherche se place donc dans un contexte dagriculture de précision. Elle concerne létude de la relation spatiale entre la variabilité spatiale du sol et celle du rendement à léchelle intra parcellaire, sur létendue dun bassin daction. Pour analyser cela, il est préalablement nécessaire dacquérir et de comprendre la variabilité intra parcellaire de chacune des deux variables : le rendement et le sol. La première partie de ce manuscrit sattache à lanalyse du rendement. Le travail de terrain réalisé dans le cadre de cette thèse (acquisition et traitement des cartes de rendement et enquêtes chez les agriculteurs) est présenté ainsi que lexplication de la variabilité intra parcellaire à laquelle il a permis daboutir. Dans une seconde partie, le manuscrit sattache à lanalyse du sol. Une synthèse bibliographique ainsi quun travail de terrain sur les sols de la zone détude sont présentés. Puis, lapproche dobservation du sol par télédétection est proposée. Loriginalité de cette approche repose sur létude de la variabilité des sols (lepattern) et non de la valeur de réflectance. Cela permet de surmonter un des problèmes récurrents de létude des sols par télédétection qui est le nombre de facteurs influençant cette mesure. Compte tenu de cette approche et sous lhypothèse que le « vraipattern du sol correspond à celui qui est » temporellement stable, nous avons proposé une méthode permettant didentifier les images où cepattern est présent à léchelle parcellaire. La source de cette variabilité est ensuite expliquée. Le « vraipattern » de sol, identifié par télédétection, est alors confronté aux cartes de rendement. Les relations spatiales entre ces deux variables sont analysées. Cette analyse apporte des éléments de réponse à la question scientifique posée. La dernière partie du manuscrit consiste à la classification du bassin versant en zones de variabilité locale, ayant une signification agronomique. Un descripteur de cette variabilité, basé sur une fenêtre glissante, est proposé. Cette spatialisation répond à la deuxième attente du GCO.
Table des matières
Remerciements......................................................................................................................... 3 Résumé..................................................................................................................................... 5 Table des matières.................................................................................................................... 7 Introduction : Contexte, objectifs et structure de la thèse........................................................ 9 Contexte et objectifs .............................................................................................................. 11 I. Lagriculture de précision .............................................................................................. 13 I.1. Lagriculture de précision : le terme ...................................................................... 13 I.2. Lagriculture de précision : la démarche ............................................................... 15 I.3. Lagriculture de précision : les outils et méthodes ................................................ 16 II. Terminologie associée à la «Variabilité» .................................................................... 23 II.1. La variabilité : composante de lhétérogénéité ............ .......... 23 ................................ II.2. La variabilité à léchelle intra parcellaire .............................................................. 25 III. Structure de la thèse ................................................................................................... 27 Première partie La variabilité du rendement.......................................................................... 29 Introduction............................................................................................................................ 31 IV. Le rendement : Acquisition et traitement................................................................... 33 IV.1. Lacquisition ...................................................................................................... 33 IV.2. Traitements ........................................................................................................ 35 IV.3. Conclusion ......................................................................................................... 39 V. La base de données : cartes de rendement ..................................................................... 41 V.1. Localisation............................................................................................................ 41 V.2. Données disponibles et récoltées ........................................................................... 43 V.3. Analyse de la base de données............................................................................... 46 V.4. Conclusion ............................................................................................................. 48 VI. Interprétation des cartes de rendement ...................................................................... 51 VI.1. Enquêtes auprès des agriculteurs ....................................................................... 51 VI.2. Zones intra parcellaires ...................................................................................... 59 VI.3. Analyse pluriannuelle des cartes de rendement ................................................. 62 Conclusion de la première partie ........................................................................................... 69 Deuxième partie La variabilité du sol :.................................................................................. 71 Introduction............................................................................................................................ 73 VII. Zone détude et télédétection ..................................................................................... 77
VII.1. Zone détude : Les sols de Boulbène ................................................................. 77 VII.2. La télédétection .................................................................................................. 85 VIII. Identification du « vraipattern» du sol..................................................................... 99 VIII.1. Identification du sol nu .................................................................................... 100 VIII.2. Identification du « vrai »pattern..................................................................... 101 VIII.3. Discussion et conclusion.................................................................................. 120 IX. Explication du pattern de sol identifié ..................................................................... 123 IX.1. Introduction...................................................................................................... 123 IX.2. Matériel et méthodes........................................................................................ 124 IX.3. Résultats ........................................................................................................... 125 IX.4. Conclusion ....................................................................................................... 128 Conclusion de la deuxième partie ........................................................................................ 131 Troisième partie Variabilité du sol et variabilité du rendement : ........................................ 133 Introduction.......................................................................................................................... 135 X. Relations sol, rendement et végétation ........................................................................ 137 X.1.Soletrendement..................................................................................................137X.2. NDVI et rendement.............................................................................................. 141 X.3.SoletNDVI.........................................................................................................148Conclusion de la troisième partie..................................................................................... 151 Quatrième partie Stratification du bassin versant ................................................................ 153 Introduction.......................................................................................................................... 155 XI. La stratification ........................................................................................................ 157 XI.1. Descripteurs texturaux statistiques .................................................................. 158 XI.2. Limage de la texture ....................................................................................... 159 XI.3. Résultats ........................................................................................................... 162 Conclusion de la quatrième partie........................................................................................ 169 Conclusion et perspectives................................................................................................... 171 Bibliographie........................................................................................................................ 181 Références bibliographiques ................................................................................................ 183 Table de matières ................................................................................................................. 197 Liste des tables ..................................................................................................................... 203 Liste des figures ................................................................................................................... 205 Liste des annexes ................................................................................................................. 209 Annexes................................................................................................................................ 211
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Introduction : Contexte, objectifs et structure de la thèse
Contexte et objectifs
Contexte et objectifs
Lagriculture de précision, concept de gestion culturale né aux USA dans les années 1980 (Robert, 2002), se base sur lexistence dune variabilité intra parcellaire observée par de nouvelles technologies et sur la prise en compte de celle-ci dans la mise en place de litinéraire cultural. En France, en 1993-1994, lInstitut Technique des Céréales et des Fourrages (ITCF), devenu depuis Arvalis  Institut du Végétal, et le Cemagref ont réalisé les premières études dans ce domaine. Mais ce nest quen 1997 que les cartes de rendement et autres technologies utilisées en agriculture de précision sont diffusées (Zwaenepoel et Le Bars, 1997). En 1998, le laboratoire de télédétection et de gestion des territoires (LTGT) de lEcole Supérieure dAgriculture de Purpan (ESAP) sest investi dans ce domaine avec linstallation de capteurs de rendement et dhumidité et dun récepteur DGPS sur la moissonneuse batteuse dun entrepreneur agricole, opérant dans le bassin versant du Touch (31). Lintérêt dinstaller un capteur de rendement sur le matériel dun entrepreneur était dacquérir, dune part, les données de rendement spatialisées des parcelles de la ferme expérimentale de Lamothe, appartenant à lESAP, et dautre part dacquérir des données sur un grand nombre de parcelles de différents agriculteurs et sur différentes cultures. Ensuite, en 2000, le LTGT et le Groupe Coopératif Occitan (GCO) ont collaboré pour léquipement de deux autres moissonneuses batteuses qui récoltent sur les parcelles dun certain nombre dadhérents à la coopérative. Les données de rendement enregistrées sont traitées selon la procédure établie par le LTGT (Denux, 2004). Le GCO recherchait à travers ce projet à acquérir des compétences et de lexpérience dans le domaine de lagriculture de précision afin de pouvoir ultérieurement assister les adhérents pour leur fournir conseils et services. En 2002, troisième année de collaboration entre le LTGT et le GCO dans le domaine de lagriculture de précision, la décision de sinvestir dans un travail de recherche appliquée a été prise. Le GCO disposait à ce moment-là des cartes de rendement de deux campagnes de récolte, sans forcément comprendre les sources de variabilité observables sur ces cartes. Le travail de recherche engagé au travers dune convention CIFRE devait permettre : -mettre en valeur les cartes de rendement, i.e., identifier et expliquer les sources dede variabilité des cartes de rendement pour aider ladhèrent, motivé par une démarche dagriculture de précision, à définir les zones de modulation ; -daider la coopérative à identifier les zones au sein de son bassin daction où une démarche dagriculture de précision présente un plus grand potentiel. Cela se traduit par la proposition dune méthode de spatialisation dun indice de potentiel des sols.
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