of sunlight regu- 
hiy 11 fluorescence, 
nmola, Ed., Proc. 
MEASUREMENTS OF LASER-INDUCED FLUORESCENCE DECAY AND 
REFLECTANCE OF PLANT CANOPIES 
of phytoplankton 
s tional Geoscience 
pan, pp. 659-661, 
' pump-and-probe 
y of vegetation. 
oscopic detection 
rom chlorophyll a 
5. 
and mapping of 
g. Appl. Opt, 22: 
Dlankton popula- 
1 photosynthesis: 
of chlorophyll 
its. CRC Critical 
scence in stress 
tote Sensing in 
17-305, (London: 
of the different 
r ances in Remote 
. Time resolved 
In: Proc. Int. 
inki, Finland. 
:>phyll-a fluores- 
Remote Sensing 
> 254). 
Y. GOULAS 1 , L. CAMENEN 2 , J.M. BRIANTAIS, 3 G. SCHMUCK 4 ,1. MOYA 1 , G. GUYOT 2 . 
^CNRS - LURE, 91405 Orsay, France. 
2 INRA - Bioclimatologie, 84143 Montfavet, France. 
3 CNRS - Lab d'Ecophysiologie, 91405 Orsay, France. 
4 IRSA, JRC, Ispra, Italy. 
ABSTRACT 
This paper describes a new type of fluoro-sensor for remote measurement of plant canopies. It is based on the 
determination of the mean life-time of chlorophyll fluorescence with laser excitation, which can be used as an 
indicator of photosynthetic activity. The first results obtained with this prototype are shown. They are in 
agreement with measurements made in contact with a widely-used commercial apparatus. We show also that the 
canopy structure can be characterized with this instrument and that the positions and surfaces of leaves, which 
intercept a light beam, can be estimated. 
RÉSUMÉ 
Nous décrivons ici un nouveau prototype de fluorimètre destiné à la télédétection du couvert végétal. Son 
principe repose sur la mesure, par excitation laser, de la durée de vie de fluorescence de la chlorophylle, qui est 
un paramètre lié à l’activité photosynthétique. Nous montrons les premiers résultats obtenus avec ce prototype. 
Ceux-ci sont en accord avec les mesures de proximité obtenues avec un appareil commercial courramment 
utilisé. Nous montrons qu’il est également possible avec cet instrument de caractériser la structure des couverts 
et de déterminer les positions et les surfaces des feuilles qui interceptent un faisceau lumineux. 
MOTS CLÉS: Fluorescence, Lidar, Photosynthesis, Remote sensing, Canopy structure. 
1 - INTRODUCTION 
De nombreux facteurs physiques sont capables d’influencer la croissance et l’état de la végétation. Parmi ceux-ci 
on peut citer les radiations électromagnétiques solaires (visible, ultraviolet et infrarouge), la disponibilité en eau, 
la température, la teneur en CO2, ou bien encore la présence d’agents polluants. La compréhension ( à l’échelle 
du champ, d’une zone géographique ou à l’échelle globale) des interactions de ces facteurs avec la végétation ne 
pourra progresser que si l’on fait appel à des méthodes de télédétection. Celles-ci se sont développées ces 
dernières années, en particulier grâce aux techniques d’analyses spectroscopiques. L’apparition de sources lasers 
puissantes permet d’envisager de nouvelles méthodes, basées sur l’excitation des pigments fluorescents des 
feuilles, en particulier la chlorophylle. 
L’émission de fluorescence a lieu à la suite de l’absorption de la lumière par les pigments du système 
photosynthétique (caroténoïdes, chlorophylle a et b) (voir Krause and Weis 1991 pour une revue sur la 
fluorescence). L’énergie absorbée est tout d’abord transférée à la chlorophylle a et est principalement convertie 
en potentiel rédox, utilisé pour le transfert des électrons depuis l’eau jusqu'au CO2. Deux photosystèmes en série 
sont impliqués dans ce transfert. Dans des conditions optimum, la majeure partie de l'énergie absorbée par les 
pigments est convertie en potentiel rédox (Bjôrkman and Demmig 1987). Cependant, dans la plupart des 
conditions naturelles, l'efficacité photochimique est plus réduite, et une fraction non négligeable de l'énergie 
absorbée est dissipée sous forme de chaleur. Une petite partie de cette énergie est réémise sous forme de 
fluorescence, par le mécanisme inverse de l'absorption. Plusieurs auteurs ont montré que le rendement quantique 
de fluorescence (la quantité d'énergie émise par fluorescence rapportée à la quantité d'énergie totale absorbée) 
dépend de l'efficacité de la conversion photochimique ainsi que de l'importance de la dissipation theimique 
(Duysens and Sweers 1963, Weis and Berry 1987), et peut être utilisé pour déterminer l'activité 
photosynthétique (Genty et al. 1989).