of sunlight reguhiy
reguhiy 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 popula1
popula1 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 fluoresRemote
fluoresRemote 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).
