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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
