Analyse des signaux radars polarimétriques en bandes C et L pour le suivi de l'humidité du sol de sites forestiers

Résumé : Dans les couverts forestiers, le suivi de l’humidité du sol permet de prévenir plusieurs désastres tels que la paludification, les incendies et les inondations. Comme ce paramètre est très dynamique dans l’espace et dans le temps, son estimation à grande échelle présente un grand défi, d’où le recours à la télédétection radar. Le capteur radar à synthèse d’ouverture (RSO) est couramment utilisé grâce à sa vaste couverture et sa résolution spatiale élevée. Contrairement aux sols nus et aux zones agricoles, le suivi de l’humidité du sol en zone forestière est très peu étudié à cause de la complexité des processus de diffusion dans ce type de milieu. En effet, la forte atténuation de la contribution du sol par la végétation et la forte contribution de volume issue de la végétation réduisent énormément la sensibilité du signal radar à l’humidité du sol. Des études portées sur des couverts forestiers ont montré que le signal radar en bande C provient principalement de la couche supérieure et sature vite avec la densité de la végétation. Cependant, très peu d’études ont exploré le potentiel des paramètres polarimétriques, dérivés d’un capteur polarimétrique comme RADARSAT-2, pour suivre l’humidité du sol sur les couverts forestiers. L’effet du couvert végétal est moins important avec la bande L en raison de son importante profondeur de pénétration qui permet de mieux informer sur l’humidité du sol. L’objectif principal de ce projet est de suivre l’humidité du sol à partir de données radar entièrement polarimétriques en bandes C et L sur des sites forestiers. Les données utilisées sont celles de la campagne terrain Soil Moisture Active Passive Validation EXperiment 2012 (SMAPVEX12) tenue du 6 juin au 17 juillet 2012 au Manitoba (Canada). Quatre sites forestiers de feuillus ont été échantillonnés. L’espèce majoritaire présente est le peuplier faux-tremble. Les données utilisées incluent des mesures de l’humidité du sol, de la rugosité de surface du sol, des caractéristiques des sites forestiers (arbres, sous-bois, litières…) et des données radar entièrement polarimétriques aéroportées et satellitaires acquises respectivement, en bande L (UAVSAR) à 30˚ et 40˚ et en bande C (RADARSAT-2) entre 20˚ et 30˚. Plusieurs paramètres polarimétriques ont été dérivés des données UAVSAR et RADARSAT-2 : les coefficients de corrélation (ρHHVV, φHHVV, etc); la hauteur du socle; l’entropie (H), l’anisotropie (A) et l’angle alpha extraits de la décomposition de Cloude-Pottier; les puissances de diffusion de surface (Ps), de double bond (Pd) extraites de la décomposition de Freeman-Durden, etc. Des relations entre les données radar (coefficients de rétrodiffusion multifréquences et multipolarisations (linéaires et circulaires) et les paramètres polarimétriques) et l’humidité du sol ont été développées et analysées. Les résultats ont montré que 1) En bande L, plusieurs paramètres optimaux permettent le suivi de l’humidité du sol en zone forestière avec un coefficient de corrélation significatif (p-value < 0,05): σ[indice supérieur 0] linéaire et σ[indice supérieur 0] circulaire (le coefficient de corrélation, r, varie entre 0,60 et 0,96), Ps (r entre 0,59 et 0,84), Pd (r entre 0,6 et 0,82), ρHHHV_30˚, ρVVHV_30˚, φHHHV_30˚ and φHHVV_30˚ (r entre 0,56 et 0,81) alors qu’en bande C, ils sont réduits à φHHHV, φVVHV et φHHVV (r est autour de 0,90). 2) En bande L, les paramètres polarimétriques n’ont pas montré de valeur ajoutée par rapport aux signaux conventionnels multipolarisés d’amplitude, pour le suivi de l’humidité du sol sur les sites forestiers. En revanche, en bande C, certains paramètres polarimétriques ont montré de meilleures relations significatives avec l’humidité du sol que les signaux conventionnels multipolarisés d’amplitude.

Algorithmes de construction et correction d'arbres de gènes par la réconciliation

Les gènes, qui servent à encoder les fonctions biologiques des êtres vivants, forment l'unité moléculaire de base de l'hérédité. Afin d'expliquer la diversité des espèces que l'on peut observer aujourd'hui, il est essentiel de comprendre comment les gènes évoluent. Pour ce faire, on doit recréer le passé en inférant leur phylogénie, c'est-à-dire un arbre de gènes qui représente les liens de parenté des régions codantes des vivants. Les méthodes classiques d'inférence phylogénétique ont été élaborées principalement pour construire des arbres d'espèces et ne se basent que sur les séquences d'ADN. Les gènes sont toutefois riches en information, et on commence à peine à voir apparaître des méthodes de reconstruction qui utilisent leurs propriétés spécifiques. Notamment, l'histoire d'une famille de gènes en terme de duplications et de pertes, obtenue par la réconciliation d'un arbre de gènes avec un arbre d'espèces, peut nous permettre de détecter des faiblesses au sein d'un arbre et de l'améliorer. Dans cette thèse, la réconciliation est appliquée à la construction et la correction d'arbres de gènes sous trois angles différents: 1) Nous abordons la problématique de résoudre un arbre de gènes non-binaire. En particulier, nous présentons un algorithme en temps linéaire qui résout une polytomie en se basant sur la réconciliation. 2) Nous proposons une nouvelle approche de correction d'arbres de gènes par les relations d'orthologie et paralogie. Des algorithmes en temps polynomial sont présentés pour les problèmes suivants: corriger un arbre de gènes afin qu'il contienne un ensemble d'orthologues donné, et valider un ensemble de relations partielles d'orthologie et paralogie. 3) Nous montrons comment la réconciliation peut servir à "combiner'' plusieurs arbres de gènes. Plus précisément, nous étudions le problème de choisir un superarbre de gènes selon son coût de réconciliation.

Utilisation d’arbres de faible vigueur provenant de forêts feuillues tempérées comme matière première pour la fabrication de granules de bois

La présente étude avait pour objectif de contribuer à une meilleure compréhension de la granulation des bois feuillus par l’évaluation de la possibilité technique de transformer des bois feuillus de faible vigueur (l’érable à sucre et le bouleau jaune) en granules conventionnels et granules de haute qualité, un type prometteur de transport énergétique. Trois études individuelles ont été réalisées et présentées dans cette thèse. La première étude visait à déterminer s’il y a des changements de teneur en extractibles, cendres, et lignine du bois entre les classes de vigueur des arbres. Les teneurs plus élevées en extractibles et en lignine dans les arbres peu vigoureux ont suggéré que ces derniers sont plus appropriés par rapport aux arbres vigoureux pour la conversion en biocombustibles solides. La deuxième étude visait à optimiser des procédés de granulation des bois feuillus. L’étude a porté sur l’influence des paramètres du procédé (la température et la force de compression) et des caractéristiques de la matière première (la taille des particules et la teneur en humidité) sur les propriétés physiques et mécaniques des granules de bois. Le procédé de granulation doit être effectué à une température d’environ 100 °C pour minimiser la force de friction dans le granulateur et à une teneur en humidité d’environ 11,2% pour maximiser la masse volumique et la résistance mécanique des granules produites. Cette étude a également confirmé que les arbres de faible qualité sont plus appropriés pour la fabrication de granules de bois que les arbres vigoureux. La troisième étude visait l’élaboration de granules de haute qualité. L’eau chaude à température élevée a été utilisée pour modifier les propriétés de la matière première avant granulation. Les caractéristiques de granulation du matériau traité ont été significativement améliorées. Les granules produites ont montré des propriétés améliorées incluant une plus faible teneur en cendres, une plus haute densité énergétique, une meilleure résistance à l’eau, et une meilleure résistance mécanique. Les résultats obtenus de toutes ces études ont démontré la nécessité de bien connaître les fondements de la granulation des bois feuillus et les solutions pratiques pour l’utilisation d’arbres feuillus de faible qualité, le premier peut être applicable pour le développement de procédés de granulation et le dernier peut contribuer à long terme à la restauration des forêts feuillues dégradées en termes de santé des forêts et de leur valeur.

Bounding right-arm rotation distances

Rotation distance quantifies the difference in shape between two rooted binary trees of the same size by counting the minimum number of elementary changes needed to transform one tree to the other. We describe several types of rotation distance, and provide upper bounds on distances between trees with a fixed number of nodes with respect to each type. These bounds are obtained by relating each restricted rotation distance to the word length of elements of Thompson's group F with respect to different generating sets, including both finite and infinite generating sets.

Approximating subtree distances between Phylogenies

We give a 5-approximation algorithm to the rooted Subtree-Prune-and-Regraft (rSPR) distance between two phylogenies, which was recently shown to be NP-complete by Bordewich and Semple [5]. This paper presents the first approximation result for this important tree distance. The algorithm follows a standard format for tree distances such as Rodrigues et al. [24] and Hein et al. [13]. The novel ideas are in the analysis. In the analysis, the cost of the algorithm uses a \cascading" scheme that accounts for possible wrong moves. This accounting is missing from previous analysis of tree distance approximation algorithms. Further, we show how all algorithms of this type can be implemented in linear time and give experimental results.

Informe sobre l’estada de recerca a la Universitat d’Edimburg; agost, octubre – desembre 2006

Estudi realitzat a partir d’una estada al laboratori del Dr. Maurizio Mencuccini a la School of GeoSciences de la University of Edinburgh, entre els mesos d’agost i desembre del 2006. El treball realitzat s’ha centrat en tres projectes. Primerament, s’ha desenvolupat un sensor per mesurar el flux de saba al xilema i al floema, basat en la utilització de polsos de calor per tal d’estimar la velocitat del flux de massa en un medi porós. A diferència del mètode que es fa servir normalment per estimar el flux al xilema, s’ha aconseguit un nou mètode que assoleix l’escalfament fent servir un làser, la qual cosa fa que el mètode sigui no intrusiu. Per altra banda, s’ha estudiat la variabilitat de l’anatomia del floema en funció de l’edat de l’arbre en poblacions de tres espècies diferents (Pinus sylvestris, Fraxinus excelsior i Acer pseudoplatanus). L’objectiu de l’estudi és veure si l’edat/mida dels arbres afecta la mida dels elements conductors al floema, la superfície de floema funcional, o la relació entre superfície de floema funcional i superfície de fulles. Finalment, s’ha estudiat l’intercanvi de gasos a nivell de branca en funció de l’edat de l’arbre i la posició a la capçada en un bosc de Pinus sylvestris.

Generating trees for permutations avoiding generalized patterns

We construct generating trees with with one, two, and three labels for some classes of permutations avoiding generalized patterns of length 3 and 4. These trees are built by adding at each level an entry to the right end of the permutation, which allows us to incorporate the adjacency condition about some entries in an occurrence of a generalized pattern. We use these trees to find functional equations for the generating functions enumerating these classes of permutations with respect to different parameters. In several cases we solve them using the kernel method and some ideas of Bousquet-Mélou [2]. We obtain refinements of known enumerative results and find new ones.

Inoculación con hongos formadores de micorrizas arbusculares de plantones de olivo y portainjertos de frutales micropropagados.Valoración de su comportamiento después de su trasplante a campo

Una gran mayoría de árboles frutales forman micorrizas en condiciones naturales, sin embargo debido a las técnicas de cultivo habituales (fumigación de viveros, utilización de substratos esterilizados, micropropagación de material en condiciones asépticas) se han detectado, en algunos casos, sintomatologías atribuibles a la ausencia de la simbiosis. La micorrización de patrones de frutales se ha estudiado en condiciones controladas obteniéndose una respuesta favorable de las plantas inoculadas frente a las no inoculadas en crecimiento y en protección frente a patógenos del suelo y estreses abióticos. Sin embargo no se ha evaluado la integración de la micorrización en las prácticas habituales de una producción intensiva en vivero y en plantación. Este trabajo estudia la efectividad de la inoculación de porta-injertos de frutales del género Prunus y de plántulas de olivo del cultivar arbequina en plantación. Así mismo también se evalúa la incorporación práctica de la inoculación en la tecnología de viveros comerciales.

Selección de portainjertos de frutales adaptados a condiciones de producción mediterráneas: resistencia a nematodos, aptitud para micorrización y tolerancia a salinidad.

La utilización de portainjertos de frutales adaptados a condiciones mediterráneas que confieran una elevada productividad además de poseer características de resistencia o tolerancia frente a plagas, enfermedades y de adaptación a los parámetros medioambientales predominantes, es una necesidad para las zonas de producción frutícola de nuestro país. Este proyecto se planteó como un estudio multidisciplinar de selección de materiales vegetales para conocer su comportamiento agronómico y poder predecir su capacidad de adaptación a situaciones de replante. La replantación de frutales es actualmente una actividad dinámica, más frecuente que el establecimiento de nuevas plantaciones en las áreas tradicionales de producción, y que plantea generalmente problemas de mortalidad y de crecimiento lento de los árboles, reduciéndose a medio y largo plazo la vida útil de la plantación. Los nematodos fitoparásitos son un componente esencial en las situaciones de replante porque reducen el vigor de las plantas y predisponen a las raíces a infecciones secundarias causadas por otros patógenos de suelo. La elección de portainjertos resistentes a nematodos suele ser esencial para asegurar la supervivencia del árbol, así como su productividad. Las implicaciones medioambientales de esta elección son muy importantes porque la resistencia en cultivos perennes es la alternativa más fiable a los nematicidas de uso restringido por su elevada toxicidad. La resistencia sin embargo, no puede ser la única alternativa a considerar por los productores debido a sus actuales limitaciones. Hay que tener en cuenta la propia variabilidad patogénica de los nematodos y la capacidad de adaptación de los portainjertos resistentes a condiciones de estrés abiótico (salinidad, caliza, déficit hídrico, asfixia) que a su vez pueden modificar la expresión de resistencia.

La pera Abate Fetel: Importància, característiques i solucions tècniques al problema del quallat

El conreu del perer a Europa es caracteritza pel fet que els principals països productors aglutinen la major part de la producció d’una varietat, per exemple, el 90% de Blanquilla es produeix a Espanya, el 50% de Llimonera a França, el 100% de Rocha a Portugal i el 99% d’Abate Fetel a Itàlia. Aquesta preponderància varietal per països solament presenta una excepció; es tracta de Conference. Aquesta varietat era conreada fonamentalment a Holanda i Bèlgica, però actualment el 29% es produeix a Espanya, seguida de Bèlgica amb un 24% i Holanda i Itàlia amb un 20% cadascun. En el cas d’Espanya, Conference es va començar a introduir a finals dels anys 70, i en menys de 30 anys s’ha convertit en el major productor de pera Conference. Aquesta situació guarda un cert paral·lelisme amb la conjuntura actual d’Abate Fetel. Itàlia és el principal productor, els preus de liquidació són bastant favorables i és una varietat poc coneguda. En el cas del perer, és important remarcar la manca de noves varietats, en part degut als pocs programes de millora, la qual cosa fa que hi hagi poques alternatives per omplir el període de collita, això fa que Abate Fetel pugui ser una opció interessant també per la seva època de recol·lecció. Actualment les plantacions d’Abate Fetel a casa nostra, tret d’algunes experiències amb èxit, en general presenten dos problemes agronòmics claus. Per un costat, una entrada en producció lenta i per l’altre, baix rendiment productiu, ambdós problemes deguts a una falta de quallat dels fruits. A més, els arbres són vigorosos i molt sensibles a clorosi fèrrica. Tots aquestos elements fan que Abate Fetel sigui per una part problemàtica des del punt de vista agronòmic, però al mateix temps molt interessant des de una vessant econòmica pels elevats preus de liquidació, i més encara en l’espècie perer per la que pràcticament no hi ha innovació varietal. Des de fa 4 anys a les Estacions Experimentals de l’IRTA a Lleida i Mas Badia s’han dut a terme una sèrie de experiments per abordar els problemes d’entrada en producció lenta i rendiments productius baixos, estudiant l’efecte de l’aplicació de fitohormones i del tipus d’esporga. L’objectiu general és posar a punt les tècniques de cultiu per tal de que Abate Fetel sigui una varietat alternativa a les nostres zones de producció.

Inoculación con hongos formadores de micorrizas arbusculares de plantones de olivo y portainjertos de frutales micropropagados.Valoración de su comportamiento después de su trasplante a campo

Una gran mayoría de árboles frutales forman micorrizas en condiciones naturales, sin embargo debido a las técnicas de cultivo habituales (fumigación de viveros, utilización de substratos esterilizados, micropropagación de material en condiciones asépticas) se han detectado, en algunos casos, sintomatologías atribuibles a la ausencia de la simbiosis. La micorrización de patrones de frutales se ha estudiado en condiciones controladas obteniéndose una respuesta favorable de las plantas inoculadas frente a las no inoculadas en crecimiento y en protección frente a patógenos del suelo y estreses abióticos. Sin embargo no se ha evaluado la integración de la micorrización en las prácticas habituales de una producción intensiva en vivero y en plantación. Este trabajo estudia la efectividad de la inoculación de porta-injertos de frutales del género Prunus y de plántulas de olivo del cultivar arbequina en plantación. Así mismo también se evalúa la incorporación práctica de la inoculación en la tecnología de viveros comerciales.