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UTILISATION D UNE MAQUETTE 3D DE COUVERT VÉGÉTAL POUR LA 
VALIDATION D UNE MÉTHODE DE DÉCONVOLUTION DES SIGNAUX DE 
FLUORESCENCE INDUITS PAR IMPULSION LASER 
L. Camenen 1 , Y. Goulas 2 ,1. Moya 2 , G. Schmuck 3 and G. Guyot 1 
1 INRA - Bioclimatologie, 84143 Montfavet, France 
2 CNRS - LURE, 91405 Orsay, France 
3 JRC - IRSA7AT, Ispra, Italy 
ABSTRACT 
Use of a 3D canopy model for the validation of a deconvolution methodology of laser induced fluorescence 
signal 
The fluorescence or reflectance signal, measured over a plant canopy after a picosecond laser shot 
(nadir viewing), is composed of elementary contributions coming from the leaves and the soil background 
illuminated by the laser spot, and affected by a time delay depending on their relative distance to the measuring 
instrument. These signals are rather complex and depend on canopy geometry and on chlorophyll fluorescence 
characteristics. 
Two independent models have been developed : one simulates the reflectance and fluorescence signal 
of a plant canopy, and the second performs the deconvolution of the global signals. 
The interest of the model representing the canopy geometry is to provide a larger set of different 
conditions for testing the deconvolution algorithms as compared to measurements on plant canopies in field 
conditions. Moreover, it is possible to vary independently each parameter of the model. 
The deconvolution of the canopy fluorescence signal requires, first, the deconvolution of the 
corresponding reflectance signal, that gives the mean level of each illuminated area and its relative contribution 
to the global signal. This information is then introduced in the deconvolution procedure in order to retrieve the 
chlorophyll fluorescence parameters. 
The 3D canopy model has enabled the adjustment of the deconvolution algorithms by comparing the 
data obtained to the input parameters. The aim of this paper is to describe and analyse the two models and to 
discuss the results obtained. 
MOTS CLÉS : Fluorescence, Reflectance, Laser, Couvert végétal. Modèle. 
1-INTRODUCTION 
L'émission de fluorescence par les végétaux est une émission naturelle qui a lieu à la suite de l'absorption de la 
lumière par les pigments du système photosynthétique (chlorophylles et caroténoïdes). En conditions naturelles, 
la majeure partie de cette énergie lumineuse absorbée est utilisée par la conversion photochimique de la 
photosynthèse, tandis qu'une fraction non négligeable est perdue sous forme de chaleur. Enfin, l'équilibre 
énergétique est atteint par l'émission de fluorescence qui est le mécanisme inverse de l'absorption. Le tableau 1 
illustre l'utilisation typique des quanta lumineux absorbés lorsque le transport d'électrons est optimal ou stoppé 
(Lichtenthaler, 1988; Rosema et al., 1991; Rosema & Verhoef, 1991). Un certain nombre de travaux montrent 
que le rendement quantique de la fluorescence, défini comme le quotient de l'énergie émise par fluorescence par 
l'énergie totale absorbée, dépend de la conversion photochimique et de l'importance de la dissipation thermique 
(Duysens & Sweers, 1963; Weis & Berry, 1987), et peut être utilisé pour déterminer l'activité photosynthétique 
(Genty étal., 1989). 
De nombreuses techniques de mesure existent pour la détection de la fluorescence à distance (Moya et 
al., 1992). En particulier, des méthodes actives, faisant appel à des lasers comme source d'excitation et à un 
photomultiplicateur rapide pour la détection, ont été développées. Ainsi, différents instruments de type LIDAR 
(Light Detection And Ranging) utilisant ce principe existent et, pour certains, sont opérationnels depuis un avion 
(Hoge & Swift, 1981; Zimmermann & Günther, 1986). Cependant, ces systèmes de mesure ne peuvent pas 
fournir une information précise sur les variations du rendement quantique de la fluorescence, dont la 
détermination nécessite la connaissance de certains paramètres (distance de mesure, concentration des feuilles en