Supplément - Indices de végétation (3/3)

La droite du sol

Les sols nus possèdent une signature spectrale spécifique qui permet de les distinguer des autres types d'occupation du sol. Dans la région visible et proche infrarouge, la réflectance augmente proportionnellement avec la longueur d'onde. Mais le taux d'augmentation dépend de nombreux facteurs. La texture et la structure du sol influencent la réflexion (qui peut être diffuse ou lambertienne). Les sols qui ont une teneur en eau et en matière organique élevées absorbent plus et auront une réflectance générale plus faible.

Néanmoins, la relation entre la réflectance dans le rouge et dans l'infrarouge est relativement constante pour un type de sol donné. Si on collecte de nombreuses mesures spectrales d'un même sol, à différents taux d'humidité, et qu'on représente sur un graphe la réflectance dans le rouge et dans le proche infrarouge de chaque mesure, on obtient ce type de graphe:

Soil line between red and near infrared reflectance
Exemple d'une droite de sol entre réflectance dans le rouge et dans le proche infrarouge.

La réflectance dans le rouge et dans le proche infrarouge varient de manière proportionnelle lorsque la teneur en eau change. Ces deux paramètres sont donc corrélés et ils ont une relation linéaire. Cela signifie que quand l'un varie, l'autre variera en fonction de la relation qui les lie. La ligne qui décrit cette relation est appellée la droite du sol ('soil line'), elle est caractéristique à chaque sol.

Les indices de végétation qui prennent le sol en considération

L'indice de végétation perpendiculaire ('Perpendicular Vegetation Index', PVI) de Richardson et Wiegand (1977) utilisait les bandes rouges et infrarouges pour calculer la distance perpendiculaire entre un point de végétation sur le nuage de points d'un graphe NIR/Rouge et la droite du sol. Comme la végétation possède une plus grande réflectance dans le proche infrarouge et une plus faible réflectance dans le rouge comparée au sol, un point de végétation sera dans le coin supérieur gauche du nuage de points. A mesure que la végétation augmente en densité, le point de végétation bougerait vers le coin supérieur droit, en s'éloignant de la droite du sol.

La faiblesse de l'indice de végétation perpendiculaire réside dans la supposition qu'il n'y a qu'un seul type de sol sous la végétation. Ce n'est pas toujours le cas, deux types de sols peuvent coexister sur une petite surface, par exemple un mélange de sol et de roche. Huete (1988) proposa alors l'indice de végétation ajusté pour le sol ('Soil-Adjusted Vegetation Index', SAVI) pour résoudre ce problème. Le SAVI est un indice hybride entre le NDVI et le PVI. Sa formule ressemble au PVI:

SAVI = ( (NIR-Red) / (NIR+Red+L) ) · (1+L)

"L" est un facteur de correction dont la valeur dépend du couvert végétal. Pour un couvert végétal totalement fermé, il vaut zéro et le SAVI est alors équivalent au NDVI. Pour un couvert végétal très faible, il vaut 1. Huete (1988) suggéra que la valeur de 0.5 soit utilisée quand le type de couvert végétal était inconnu, puisque 0.5 représente un couvert végétal moyen.

D'autres indices, comme l'indice de végétation ajusté pour le sol transformé ('Transformed Soil-Adjusted Vegetation Index', TSAVI; Baret and Guyot, 1991) et l'indice de végétation ajusté pour le sol modifié ('Modified Soil-Adjusted Vegetation Index', MSAVI; Qi et. al., 1994) ont progressé dans la même voie en introduisant différents facteurs d'ajustement. Ces indices sont plus performants que le SAVI dans certains cas. D'autres indices de végétation plus spécifiques ont été également été proposés. Ils utilisent des données à haute résolution spectrale (c'est-à-dire des bandes très étroites du spectre) et s'intéressent particulièrement au contenu en chlorophylle et à la vigueur des plantes. Parmi eux, l'indice réfectance photochimique ('Photochemical Reflectance Index', PRI), l'indice du rapport pigment chlorophylle normalisé ('Normalised Pigment Chlorophyll Ratio Index', NPCI; Penuelas et. al., 1994) et l'indice de la teneur en chlorophylle de la canopée ('Canopy Chlorophyll Content Index', CCCI; Barnes et. al., 2000).

Question: Puisque les plantes sont vertes, pourquoi n'y a-t-il pas d'indices qui utilisent la réflectance dans le vert plutôt que dans le rouge ?

Réponse ↓

Les indices de végétation réduisent l'information spectrale contenue dans certaines gammes de longueur d'onde à une valeur unique qui représente une propriété ou une caractéristique particulière de la végétation. La plupart des indices combinent deux caractéristiques de la végétation: sa réflectance élevée dans le proche infrarouge (causée par la réfraction du rayonnement au niveau de la structure cellulaire des feuilles) et sa faible réflectance dans le rouge (causée par l'absorption chlorophyllienne). Dans les cas où la couverture végétale n'est pas complète, la contribution du sol sous-jacent à la réflectance totale doit être pris en compte. Certains indices de végétation ont été spéciaement définis pour pouvoir traiter ces cas.