Université Laval Faculté de foresterie, de géographie et de géomatique Département des sciences du bois et de la forêt. Par NDINGA, Elena Kimpembe

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1 Université Laval Faculté de foresterie, de géographie et de géomatique Département des sciences du bois et de la forêt FOR 8000: Projet de thèse de doctorat Cartographie de la composition floristique et de la biomasse aérienne d une forêt tropicale (Luki, R.D. Congo) par classification des segments texturaux d images satellites à haute résolution spatiale. Par NDINGA, Elena Kimpembe Examinateurs Damase Khasa : Directeur Sylvie Daniel : Co-directrice Jean Bégin : Examinateur externe Antoine Lebœuf : Examinateur externe

2 Plan de la présentation Introduction Mise en contexte et problématique Hypothèses But et Objectifs Matériels et méthodes Présentation de la zone d étude Description du dispositif et collecte des données Méthodes Résultats attendus

3 Introduction 1. Mise en contexte et problématique 2. Hypothèses 3. But et objectifs Forêts plusieurs biens et services (régionales, nationales et locales) Pauvreté des populations riveraines => survie f(x) de la forêt. Démographie => pression sur les ressources forestières => Déforestation et dégradation des forêts tropicales. Cas du mayombe

4 Introduction 1. Mise en contexte et problématique 2. Hypothèses 3. But et objectifs Le Mayombe est constitué d'une série de collines qui s'élèvent progressivement en direction Nord Est formant par endroit des crêtes particulièrement inaccessible. Elle abrite une diversité des conditions écologiques, grande variété de biotope déterminé par la nature du sol, du relief, les microclimats, l action de l homme ou encore l hydrographie grande diversité floristique

5 Introduction 1. Mise en contexte et problématique 2. Hypothèses 3. But et objectifs proximité aux ports, le mayombe a fourni près 3/5 de la production nationale de bois pression énorme problème de gestion des ressources forestières Gestion durable des massifs forestiers suivi efficace (quantité et de la qualité) des ressources forestières inventaire forestier précis Terrain accidenté + complexité des forêts + difficultés logistiques d accès inventaires souvent difficiles parfois des biais dans la collecte des données

6 Introduction 1. Mise en contexte et problématique 2. Hypothèses 3. But et objectifs Télédétection spatiale = moyen pratique de suivi (changements du couvert forestier et cartographie de l utilisation des terres) Les images satellitaires ont déjà été utilisées avec succès pour l estimation du nombre d'arbres par ha, des largeurs des couronnes individuelles et des différences de structure dans les forêts en régions tempérées

7 Introduction 1. Mise en contexte et problématique 2. Hypothèses 3. But et objectifs Dans les régions tropicales, la télédétection est utilisée pour l étude de changement de couverture de sol mais généralement à grande échelle L émergence d images de résolution plus fine et d accès de plus en plus libre ouvre la voie à des études plus précises sur les forêts (structure, composition floristique, biomasse aérienne)

8 Introduction 1. Mise en contexte et problématique 2. Hypothèses 3. But et objectifs Hypothèses Une identification des essences ou groupes d essences forestières du mayombe serait possible grâce à des analyses d images satellites; Une estimation de la répartition spatiale de la biomasse aérienne peut être faite grâce à des analyses d images satellites

9 Introduction 1. Mise en contexte et problématique 2. Hypothèses 3. But et objectifs But du travail : définir des métriques permettant une extraction efficace de l information contenue dans les images en vue d une évaluation de la ressource ligneuse de la forêt sous étude, voir à quoi correspond cette information sur terrain Objectif général : Faire la cartographie de la composition floristique et de la biomasse aérienne de la forêt sous étude par zonage d image satellitaires à haute résolution spatiale. Objectifs spécifiques 1. Établir une correspondance terrain images aussi précise que possible 2. Définir des motifs texturaux correspondant à des essences ou groupes d essences ou à une unité élémentaire de biomasse aérienne 3. Cartographier de la composition floristique et de la biomasse aérienne

10 Matériels et méthode 1. Présentation de la zone d étude 2. Matériels 3. Méthode

11 Matériels et méthode 1. Présentation de la zone d étude 2. Matériels 3. Méthode 1. Localisation 2. Climat 3. Relief et hydrographie 4. Géologie et pédologie 5. Flore et végétation

12 Présentation de la zone d étude Localisation Climat Relief et hydrographie Géologie et pédologie Flore et végétation En RDC pointe méridionale extrême du massif forestier guinéo- congolais et fait partie des forêts du mayombe entre les latitudes S et les longitudes E Source: Lubini, 1997 Source: Onotamba, 2007

13 Présentation de la zone d étude Localisation Climat Relief et hydrographie Géologie et pédologie Flore et végétation Subéquatoriale de type Aw fortement influencé par la végétation imposante, le relief, le courant marin froid de Bengwela et les alizés du Sud-Est de la mer fréquents changements de temps au cours de la journée Température moyenne annuelle : 24,6 C Précipitations moyennes annuelles : très irrégulières avoisinant 1180 mm. humidité relative de l air : variable mais élevée toute l année (moy. 80%). Vents sont très importants et violents surtout dans les après-midi. Saisons Saison des pluies Saison sèche Période Octobre - juin Juin - octobre Précipitations mensuelles > 100 mm < 50 mm Température > 25 C C Insolation > 200 W/m Autres caractéristiques Brève interruption d une quinzaine de jours entre décembre et février Présence permanente d une couverture nuageuse fréquents brouillards matinaux ou brumes

14 Présentation de la zone d étude Localisation Climat Relief et hydrographie Géologie et pédologie Flore et végétation Relief série de collines des crêtes parfois inaccessibles altitude absolue varie entre 150 et plus de 500 m dénivellations relatives (entre les fonds des vallées et les sommets des collines environnantes) : 40 à 70 m. Pentes : 10 à 50% les vallées : très encaissées + fréquemment sèches. Composition floristique et microclimat différent entre sommet et vallée Hydrographie Réseau dense et complexe du bassin hydrographique de la rivière Luki, affluent de la rivière Lukunga, sous-affluent du Fleuve Congo zones des sources se situent à une altitude de 500 m parcourt près de 69 Km Traverse le domaine de la Réserve du Nord-Est au Sud-Ouest en décrivant une grande courbe plusieurs affluents dont certains sont torrentiels et saisonniers

15 Présentation de la zone d étude Localisation Climat Relief et hydrographie Géologie et pédologie Flore et végétation Géologie et pédologie Roches des systèmes schisto-gréseux et schisto-calcaire + longue pédogénèse + divers sites lithologiques selon la physiographie du terrain Diversité de sols acides de granulométrie variée

16 Présentation de la zone d étude Localisation Climat Relief et hydrographie Géologie et pédologie Flore et faune Diversité écologique diversité floristique Fondamentalement guinéo-congolaise Formation forestière: forêts primaires, forêts secondaires vieilles et jeunes et jachères préforestières Formation herbeuse (origine climatique ou anthropique) (présence d'espèces adventices des cultures et d'espèces rudérales) Les familles dominantes de ces forêts sont essentiellement les Rubiaceae, Euphorbiaceae, Fabaceae, Annonacaeae, Apocynaceae, Mimosaceae Faune : essentiellement des rongeurs (31,8%), des ruminants (28,6%), des oiseaux (7,8%) et des poissons.

17 Matériels et méthode 1. Présentation de la zone d étude 2. Matériels 3. Méthode Émergents et dominants de la zone d étude Images satellitaires» Landsat» SPOT HRG» ASTER

18 Zonage d une image 1. Définition du zonage 2. Stratégies de zonage 3. Choix d une stratégie de zonage Approche pixel Approche zonale Approche objet Image multispectrale Création d indices Analyse texturale Détection des contours Identifica tion des objets Classification multispectrale Segmentation Segmenta tion Classificat ion multispec trale Zonage selon statistiques Zonage de l image

19 Matériels et méthode 1. Présentation de la zone d étude 2. Matériels 3. Méthode 1. Établir une correspondance entre les caractéristiques des pieds sur terrain et les imageszonage d une image 2. Établir les métriques permettant de caractériser les motifs texturaux correspondant à des essences ou à des groupes d essences 3. Établir les métriques permettant de caractériser les motifs texturaux des unités élémentaires de biomasse 4. Cartographier la composition floristique et la répartition spatiale de la biomasse

20 Matériels et méthode 1. Présentation de la zone d étude 2. Matériels 3. Méthode Étape 1 Objectif: Établir une correspondance entre les caractéristiques des pieds sur terrain et les images Méthode: Analyse des données de terrain + Analyse visuelle des images Résultats attendus: Émergents et dominants cartographiés Signature spectrale des essences ou groupes d essences établies Classes thématiques à utiliser par la suite (essences ou groupes d essences, unité élémentaire de biomasse aérienne) définies

21 Matériels et méthode 1. Présentation de la zone d étude 2. Matériels 3. Méthode Étape 1_méthode (1/2) Localiser sur le terrain les types forestiers identifiés à Luki Établir la liste des espèces dominantes caractéristiques des différents types de forêts rencontrées dans la zone d étude par analyse de la littérature Localisation des émergents et dominants de la zone d étude (parc de la Nkula) et en faire une cartographie Échantillonner les pieds émergents et dominants en tenant compte de l espèce, du type forestier et de la topographie

22 Matériels et méthode 1. Présentation de la zone d étude 2. Matériels 3. Méthode Étape 1_méthode (2/2) Installer des placettes carrés dont le centre serait un des pied-échantillons Faire un inventaire en plein. La placette sera de 6,25 ares soit 25m de côté. Paramètres d inventaire : diamètre à hauteur de poitrine, statut (émergent, dominant, dominé), coordonnées géographiques, localisation par rapport au piedéchantillon Calcul de la biomasse aérienne chaque pied à l aide des équations allométriques établies par Chave (2005) Calcul de la biomasse des placettes (somme des biomasses individuelles) Faire une analyse visuelle de l image satellitaire et définir des classes thématiques en considérant les cimes présentant des caractéristiques visuelles identiques ou similaires comme faisant partie d une même classe. Faire une correspondance entre la carte des émergents et dominants et l image

23 Matériels et méthode 1. Présentation de la zone d étude 2. Matériels 3. Méthode Étapes 2 Objectif: Établir les métriques permettant de caractériser les motifs texturaux correspondant à des essences ou à des groupes d essences Méthode: Extraction et analyse des motifs texturaux Résultats: Motifs texturaux correspondant aux essences ou groupes d essences définis Image texturale produite

24 Matériels et méthode 1. Présentation de la zone d étude 2. Matériels 3. Méthode Étapes 2_méthode Pour chacune des images, Analyse en composante principale des différentes bandes spectrales Analyse texturale Statistiques de premier ordre (tient compte uniquement du niveau de gris) les histogrammes Scatterogramme Statistiques de deuxième ordre (tient compte de la distribution spatiale du niveau de gris dans la fenêtre d auscultation): Matrice de coocurrence Recherche des motifs texturaux basée sur la fréquence des couples (i, j) dans l image pour une distance (en pixel) et une direction donnée (0, 90, 45, 135 ) calcul d indices texturaux (caractéristiques d haralick) répartition spatiale des indices texturaux choisis

25 Matériels et méthode 1. Présentation de la zone d étude 2. Matériels 3. Méthode Étapes 3 Objectif: Établir les métriques permettant de caractériser les motifs texturaux correspondant à des unités élémentaires de biomasse aérienne Méthode: Extraction et analyse des motifs texturaux Résultats: Motifs texturaux correspondant aux unités élémentaires de biomasse définis Image texturale produite

26 Matériels et méthode 1. Présentation de la zone d étude 2. Matériels 3. Méthode Étapes 3_méthode Analyse en composante principale des différentes bandes spectrales Analyse texturale Statistiques de premier ordre les histogrammes scatterogramme Statistiques de deuxième ordre : Matrice de coocurrence, calcul d indices texturaux (caractéristiques d haralick) répartition spatiale des indices texturaux choisis

27 Matériels et méthode 1. Présentation de la zone d étude 2. Matériels 3. Méthode Étape 4 Objectif: Cartographier la composition floristique et la répartition spatiale de la biomasse Méthode: segmentation + classification Résultats attendus: Carte de la composition floristique Carte de la répartition spatiale de la biomasse

28 MERCI