L’utilisation de la polarimétrie radar et de la décomposition de Touzi pour la caractérisation et la classification des physionomies végétales des milieux humides : le cas du Lac Saint-Pierre.

Les milieux humides remplissent plusieurs fonctions écologiques d’importance et contribuent à la biodiversité de la faune et de la flore. Même s’il existe une reconnaissance croissante sur l’importante de protéger ces milieux, il n’en demeure pas moins que leur intégrité est encore menacée par la pression des activités humaines. L’inventaire et le suivi systématique des milieux humides constituent une nécessité et la télédétection est le seul moyen réaliste d’atteindre ce but. L’objectif de cette thèse consiste à contribuer et à améliorer la caractérisation des milieux humides en utilisant des données satellites acquises par des radars polarimétriques en bande L (ALOS-PALSAR) et C (RADARSAT-2). Cette thèse se fonde sur deux hypothèses (chap. 1). La première hypothèse stipule que les classes de physionomies végétales, basées sur la structure des végétaux, sont plus appropriées que les classes d’espèces végétales car mieux adaptées au contenu informationnel des images radar polarimétriques. La seconde hypothèse stipule que les algorithmes de décompositions polarimétriques permettent une extraction optimale de l’information polarimétrique comparativement à une approche multipolarisée basée sur les canaux de polarisation HH, HV et VV (chap. 3). En particulier, l’apport de la décomposition incohérente de Touzi pour l’inventaire et le suivi de milieux humides est examiné en détail. Cette décomposition permet de caractériser le type de diffusion, la phase, l’orientation, la symétrie, le degré de polarisation et la puissance rétrodiffusée d’une cible à l’aide d’une série de paramètres extraits d’une analyse des vecteurs et des valeurs propres de la matrice de cohérence. La région du lac Saint-Pierre a été sélectionnée comme site d’étude étant donné la grande diversité de ses milieux humides qui y couvrent plus de 20 000 ha. L’un des défis posés par cette thèse consiste au fait qu’il n’existe pas de système standard énumérant l’ensemble possible des classes physionomiques ni d’indications précises quant à leurs caractéristiques et dimensions. Une grande attention a donc été portée à la création de ces classes par recoupement de sources de données diverses et plus de 50 espèces végétales ont été regroupées en 9 classes physionomiques (chap. 7, 8 et 9). Plusieurs analyses sont proposées pour valider les hypothèses de cette thèse (chap. 9). Des analyses de sensibilité par diffusiogramme sont utilisées pour étudier les caractéristiques et la dispersion des physionomies végétales dans différents espaces constitués de paramètres polarimétriques ou canaux de polarisation (chap. 10 et 12). Des séries temporelles d’images RADARSAT-2 sont utilisées pour approfondir la compréhension de l’évolution saisonnière des physionomies végétales (chap. 12). L’algorithme de la divergence transformée est utilisé pour quantifier la séparabilité entre les classes physionomiques et pour identifier le ou les paramètres ayant le plus contribué(s) à leur séparabilité (chap. 11 et 13). Des classifications sont aussi proposées et les résultats comparés à une carte existante des milieux humide du lac Saint-Pierre (14). Finalement, une analyse du potentiel des paramètres polarimétrique en bande C et L est proposé pour le suivi de l’hydrologie des tourbières (chap. 15 et 16). Les analyses de sensibilité montrent que les paramètres de la 1re composante, relatifs à la portion dominante (polarisée) du signal, sont suffisants pour une caractérisation générale des physionomies végétales. Les paramètres des 2e et 3e composantes sont cependant nécessaires pour obtenir de meilleures séparabilités entre les classes (chap. 11 et 13) et une meilleure discrimination entre milieux humides et milieux secs (chap. 14). Cette thèse montre qu’il est préférable de considérer individuellement les paramètres des 1re, 2e et 3e composantes plutôt que leur somme pondérée par leurs valeurs propres respectives (chap. 10 et 12). Cette thèse examine également la complémentarité entre les paramètres de structure et ceux relatifs à la puissance rétrodiffusée, souvent ignorée et normalisée par la plupart des décompositions polarimétriques. La dimension temporelle (saisonnière) est essentielle pour la caractérisation et la classification des physionomies végétales (chap. 12, 13 et 14). Des images acquises au printemps (avril et mai) sont nécessaires pour discriminer les milieux secs des milieux humides alors que des images acquises en été (juillet et août) sont nécessaires pour raffiner la classification des physionomies végétales. Un arbre hiérarchique de classification développé dans cette thèse constitue une synthèse des connaissances acquises (chap. 14). À l’aide d’un nombre relativement réduit de paramètres polarimétriques et de règles de décisions simples, il est possible d’identifier, entre autres, trois classes de bas marais et de discriminer avec succès les hauts marais herbacés des autres classes physionomiques sans avoir recours à des sources de données auxiliaires. Les résultats obtenus sont comparables à ceux provenant d’une classification supervisée utilisant deux images Landsat-5 avec une exactitude globale de 77.3% et 79.0% respectivement. Diverses classifications utilisant la machine à vecteurs de support (SVM) permettent de reproduire les résultats obtenus avec l’arbre hiérarchique de classification. L’exploitation d’une plus forte dimensionalitée par le SVM, avec une précision globale maximale de 79.1%, ne permet cependant pas d’obtenir des résultats significativement meilleurs. Finalement, la phase de la décomposition de Touzi apparaît être le seul paramètre (en bande L) sensible aux variations du niveau d’eau sous la surface des tourbières ouvertes (chap. 16). Ce paramètre offre donc un grand potentiel pour le suivi de l’hydrologie des tourbières comparativement à la différence de phase entre les canaux HH et VV. Cette thèse démontre que les paramètres de la décomposition de Touzi permettent une meilleure caractérisation, de meilleures séparabilités et de meilleures classifications des physionomies végétales des milieux humides que les canaux de polarisation HH, HV et VV. Le regroupement des espèces végétales en classes physionomiques est un concept valable. Mais certaines espèces végétales partageant une physionomie similaire, mais occupant un milieu différent (haut vs bas marais), ont cependant présenté des différences significatives quant aux propriétés de leur rétrodiffusion.

Fluctuations in Richness and Abundance of Social Wasps During the Dry and Wet Seasons in Three Phyto-Physiognomies at the Tropical Dry Forest of Brazil

The social wasp nests were quantified in three different plant physiognomies (forested Caatinga, shrubby Caatinga, and agricultural systems) to analyze the effect of environmental seasonality and plant physiognomy on the richness, nest abundance, and species composition of social wasps in the region of tropical dry forest of Brazil. The forested Caatinga physiognomy had the greatest richness of species (S = 16), followed by shrubby Caatinga (S 13) and by agricultural system (S = 12). The first axis of detrended correspondence analysis (DCA) explained 67.8% of the variability and shows a gradient of the fauna from agricultural system and shrubby Caatinga to forested Caatinga. In the first axis, wet season scores were much higher than those for the dry season in forested Caatinga. The second axis explained 18.7% of the variability and shows a separation of samples collected during the wet or the dry periods in shrubby Caatinga. This separation was less evident in the agricultural system. Variations in nest abundance were more intense in arbustive caatinga (45% decrease in number of active nests in the dry period), moderate in forested Caatinga (24% decrease in number of active nests in the dry period), and low in agricultural systems (8% decrease in the dry period).

How can an invasive grass affect fire behavior in a tropical savanna? A community and individual plant level approach

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

How can an invasive grass affect fire behavior in a tropical savanna? A community and individual plant level approach

Some invasive grasses have been reported to change fire behavior in invaded plant communities. Urochloa brizantha is an aggressive invasive grass in the Brazilian Cerrado, an ecosystem where fire is a common disturbance. We investigated the effects of U. brizantha on fire behavior in an open Cerrado physiognomy in Central Brazil. Using experimental burnings we compared fire behavior at both the community and the individual plant level in invaded (UJ) and non-invaded (NJ) areas burned in July. We also assessed the effect of fire season in invaded areas by comparing July (UJ) and October (UO) burnings. We evaluated the following variables: fuel load, fuel moisture, combustion efficiency, maximum fire temperature, flame height, and fire intensity. Additionally, we evaluated the temperatures reached under invasive and native grass tussocks in both seasons. Fuel load, combustion efficiency, and fire intensity were higher in NJ than in UJ, whilst flame height showed the opposite trend. Fuel amount and fire intensity were higher in October than in July. At the individual plant level, U. brizantha moisture was higher than that of native species, however, temperatures reaching ≥600 °C at ground level were more frequent under U. brizantha tussocks than under native grasses. At the community level, the invasive grass modified fire behavior towards lower intensity, lower burning efficiency, and higher flame height. These results provide essential information for the planning of prescribed burnings in invaded Cerrado areas.

Sexual selection in a tropical fruit fly : role of a plant derived chemical in mate choice

The specific mechanisms by which selective pressures affect individuals are often difficult to resolve. In tephritid fruit flies, males respond strongly and positively to certain plant derived chemicals. Sexual selection by female choice has been hypothesized as the mechanism driving this behaviour in certain species, as females preferentially mate with males that have fed on these chemicals. This hypothesis is, to date, based on studies of only very few species and its generality is largely untested. We tested the hypothesis on different spatial scales (small cage and seminatural field-cage) using the monophagous fruit fly, Bactrocera cacuminata. This species is known to respond to methyl eugenol (ME), a chemical found in many plant species and one upon which previous studies have focused. Contrary to expectation, no obvious female choice was apparent in selecting ME-fed males over unfed males as measured by the number of matings achieved over time, copulation duration, or time of copulation initiation. However, the number of matings achieved by ME-fed males was significantly greater than unfed males 16 and 32 days after exposure to ME in small cages (but not in a field-cage). This delayed advantage suggests that ME may not influence the pheromone system of B. cacuminata but may have other consequences, acting on some other fitness consequence (e.g., enhancement of physiology or survival) of male exposure to these chemicals. We discuss the ecological and evolutionary implications of our findings to explore alternate hypotheses to explain the patterns of response of dacine fruit flies to specific plant-derived chemicals.

Influence of host plant structure and microclimate on the abundance and behaviour of Tephritid fly

Microclimate and host plant architecture significantly influence the abundance and behavior of insects. However, most research in this field has focused at the invertebrate assemblage level, with few studies at the single-species level. Using wild Solanum mauritianum plants, we evaluated the influence of plant structure (number of leaves and branches and height of plant) and microclimate (temperature, relative humidity, and light intensity) on the abundance and behavior of a single insect species, the monophagous tephritid fly Bactrocera cacuminata (Hering). Abundance and oviposition behavior were signficantly influenced by the host structure (density of foliage) and associated microclimate. Resting behavior of both sexes was influenced positively by foliage density, while temperature positively influenced the numbers of resting females. The number of ovipositing females was positively influenced by temperature and negatively by relative humidity. Feeding behavior was rare on the host plant, as was mating. The relatively low explanatory power of the measured variables suggests that, in addition to host plant architecture and associated microclimate, other cues (e.g., olfactory or visual) could affect visitation and use of the larval host plant by adult fruit flies. For 12 plants observed at dusk (the time of fly mating), mating pairs were observed on only one tree. Principal component analyses of the plant and microclimate factors associated with these plants revealed that the plant on which mating was observed had specific characteristics (intermediate light intensity, greater height, and greater quantity of fruit) that may have influenced its selection as a mating site.

Somatic embryogenesis, organogenesis and plant regeneration in taro (Colocasia esculenta var. esculenta)

Callus was initiated in three different ‘‘esculenta’’ taro cultivars by culturing corm slices in the dark on half-strength MS medium supplemented with 2.0 mg/l 2,4- dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) for 20 days followed by subculture of all corm slices to half-strength MS medium containing 1.0 mg/l thidiazuron (TDZ). Depending on the cultivar, 20–30% of corm slices produced compact, yellow, nodular callus on media containing TDZ. Histological studies revealed the presence of typical embryogenic cells which were small, isodiametric with dense cytoplasms. Somatic embryos formed when callus was transferred to hormone-free medium and *72% of the embryos germinated into plantlets on this medium. Simultaneous formation of roots and shoots during germination, and the presence of shoot and root poles revealed by histology, confirmed that these structures were true somatic embryos. Plants derived from somatic embryos appeared phenotypically normal following 2 months growth in a glasshouse. This method is a significant advance on those previously reported for the esculenta cultivars of taro due to its efficiency and reproducibility.

Initiation of embryogenic cell suspensions of taro (Colocasia esculenta var. esculenta) and plant regeneration

Embryogenic callus was initiated by culturing in vitro taro corm slices on agar-solidified half-strength MS medium containing 2.0 mg/L 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) for 20 days followed by transfer to 1.0 mg/L thidiazuron (TDZ). Callus was subsequently proliferated on solid medium containing 1.0 mg/L TDZ, 0.5 mg/L 2,4- D and 800 mg/L glutamine before transfer to liquid medium containing the same components but with reduced glutamine (100 mg/L). After 3 months in liquid culture on an orbital shaker, cytoplasmically dense cell aggregates began to form. Somatic embryogenesis was induced by plating suspension cells onto solid media containing reduced levels of hormones (0.1 mg/L TDZ, 0.05 mg/L 2,4-D), high concentrations of sucrose (40–50 g/L) and biotin (1.0 mg/L). Embryo maturation and germination was then induced on media containing 0.05 mg/L benzyladenine (BA) and 0.1 mg/L indole-3-acetic acid (IAA). Histological studies of the developing embryos revealed the presence of typical shoot and root poles suggesting that these structures were true somatic embryos. The rate of somatic embryos formation was 500–3,000 per mL settledcell volume while approximately 60% of the embryos regenerated into plants.

A cost-based optimization of a fiberboard pressing plant using Monte-Carlo simulation (a reliability program)

In this research the reliability and availability of fiberboard pressing plant is assessed and a cost-based optimization of the system using the Monte- Carlo simulation method is performed. The woodchip and pulp or engineered wood industry in Australia and around the world is a lucrative industry. One such industry is hardboard. The pressing system is the main system, as it converts the wet pulp to fiberboard. The assessment identified the pressing system has the highest downtime throughout the plant plus it represents the bottleneck in the process. A survey in the late nineties revealed there are over one thousand plants around the world, with the pressing system being a common system among these plants. No work has been done to assess or estimate the reliability of such a pressing system; therefore this assessment can be used for assessing any plant of this type.