CARTOGRAPHIE DES ESTRANS ROCHEUX DE NORMANDIE PAR TELEDETECTION HYPERSPECTRALE

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1 CARTOGRAPHIE DES ESTRANS ROCHEUX DE NORMANDIE PAR TELEDETECTION HYPERSPECTRALE Pascal MOUQUET, CEVA Loïc LOZACH, CEVA Patrick DION, CEVA Éric de OLIVEIRA, EDF LNHE Franck BRUCHON, AESN Marc LENNON, ACTIMAR

2 Sommaire I. Contexte & Objectifs II. Matériel et MéthodeM 1. Acquisition des données a. Aériennes b. Terrain 2. Traitement des données III. Résultats 1. Production de cartes 2. Elaboration d indices d synthétiques tiques IV. Conclusion - Perspectives Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

3 I. Contexte et Objectifs Les grandes algues sont des indicateurs potentiels de l él état de qualité des masses d eau d côtières : Largement présentes sur les côtes de la Manche Atlantique Dans le proche littoral,, en première ligne face aux pollutions d origines continentales Réactives aux évolutions de la qualité des eaux côtières : Perte de biodiversité Régression de ceintures (fucales, laminariales = habitats) Phénom nomènes nes de blooms macroalgaux (marées vertes) La cartographie par télédétection t tection permet : un inventaire quantitatif rapide, à distance et grande échelle de la couverture algale des estrans un suivi d évolutiond dans le temps Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

4 Intérêt de la télédétection t tection hyperspectrale aéroporta roportée Par rapport au images satellites classiques (type Spot), la télédétection t tection hyperspectrale apporte des évolutions importantes : Forte résolution r spatiale (permettant de déboucher d sur de la cartographie d habitats) d Forte résolution r spectrale (possibilité de discrimination des espèces) Des acquisitions dans des secteurs inaccessibles au satellite (souplesse de programmation) Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

5 II. Matériel et Méthode Zone d éd étude - Basse Normandie : Principaux platiers rocheux - Haute Normandie : Totalité de l estran l entre le Cap d Antifer d et le Tréport - Surface : 370 km² 10 km 50 km Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

6 Acquisition des images hyperspectrales Plan de vol 1600 Capteur HySpex - VNIR Mosaïquage Cube de données hyperspectrales Mosaïque de 4 lignes de vol Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma 2 lignes de vol

7 Caractéristiques ristiques des images hyperspectrales Capteur Type : HySpex-VNIR Angle de visée e : 17 Caractéristiques ristiques spectrales : Gamme spectrale : nm Nombre de bandes spectrales : 160 Résolution spectrale : 4,5 nm FWHM Images Résolution spatiale : 60 cm 112 lignes de vol 635 km Longueur x 820 m largeur = 520 km² Mission Du 16 au 20 avril 2007 Coefficients de marée e entre 95 et 112 Images acquises entre BM ±70min Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma Graphique Actimar

8 Exemples d images d hyperspectrales 6 km 60 m 2,5 km Roches de Pirou (50) Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

9 Exemples d images d hyperspectrales 1,2 km 75 m 5,5 km 6 km Cap d Aillyd 75 m Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

10 Exemples d images d hyperspectrales 6 km 2 km 100 m 100 m Saint-Vaast Vaast-la-Hougue Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

11 Acquisition des données de terrain Correction radiométrique des images hyperspectrales (Effets atmosphériques) Traitement des images (Sites d apprentissage d Analyse des spectres) Validation des résultatsr Vérités s Terrains - Points GPS - Photos - Identification des espèces - Taux de couverture Radiométrie - Points GPS - Photos de terrain - Espèces, état physiologique - Taux de couverture - Spectres Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

12 Fonctionnement du spectroradiomètre tre Rayonnement incident Rayonnement réflr fléchi Rayonnement absorbé Acquisition d un d spectre de Fucus serratus Réflectance : Fraction de la lumière incidente réflr fléchie par la surface Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

13 Acquisition des spectres de réflectancer Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

14 Spectre d algue d verte Ulve Ulva sp. Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

15 Spectre d algue d brune Fucus serratus Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

16 Spectre d algue d rouge Palmaria palmata Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

17 Traitement des images Données de terrain Images hyperspectrales - Espèces / Taux de couverture - Spectres - Photos de terrain Port de Barfleur (50) - Points GPS Traitement des images CARTES THEMATIQUES Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

18 1 2 3 Analyse des spectres de terrain 575nm 600nm 650nm Algues brunes 1 555nm Algues vertes nm 645nm Algues rouges Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

19 Algorithme de classification Spectres des trois cibles pures terrain Algue verte Retrait du Continuum Coefficient d ajustement spectral α = 0.1 Algue brune Algue rouge α = 0.9 Meilleur ajustement Algue rouge Spectre Pixel image α = 0.5 Cible inconnue Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

20 III. Résultats R Production de cartes de végétationv Végétaux verts (dont algues vertes sur estran ) Algues brunes Port de Saint-Vaast Vaast-la-Hougue (50) Eau Roches Sable

21 Validation des traitements par les points de VT Fucus serratus 95 % Ceramium sp. 2 % Platier sableux 2 % Chondrus crispus 1 % Platier vaseux 50 % Osmundea pinatifida 30 % Port-en Corallinales en-bessin 20 % Osmundea pinnatifida 90 % Platier + flaques 5 % Corallinales 3 % Fucus vesiculosus 1 % Ulves 1 % Moules 60 % Platier + flaques 40 % Estran Image classée Estran - VNIR Ulves 70 % Platier sableux 15 % Fucus Serratus 10 % Moules 5 % Estran - VIS

22 Exploitation des résultatsr Distribution relative des différentes classes indices de couverture algale 7% 21% 44% 6% 4% 6% 11% Image traitée 11% Toutes classes Sable Algues rouges Algues brunes Algues vertes Algues (faible couverture) Galets Platier rocheux 12% 77% Classes algales Cartographie par télédétection t tection hypersp ectrale de la couverture algale des estrans norma

23 Exploitation des résultatsr Relation entre ensablement et couverture algale Surface algale dans la zone intertidale Couverture algale sur les surfaces rocheuses - L est du littoral haut normand est beaucoup plus ensablé (>50% >50%) que l ouest l (<5%( <5%) ) du département. d - La proportion algale sur le substrat rocheux est beaucoup plus forte dans l Ouest l (>75%( >75%) ) que dans l Est l (<10%( <10%). - Plus la zone intertidale est ensablée, e, moins le substrat rocheux est couvert en algue. Zone intertidale Couverture algale Surface rocheuse Surface sableuse Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

24 Exploitation des résultatsr Proportion relative des trois groupes algaux - Forte proportion d algues d rouges dans l ouest l (en relation avec la faible couverture en sable) - Colonisations des algues vertes dans tous les secteurs de Haute Normandie, plus forte au centre et à l est. Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

25 IV. Conclusion I Acquisition d une d base de données hyperspectrales sur une grande étendue du littoral de la Manche : - Plus de 350 km² des principales roches de la zone intertidale de Normandie - Haute résolution r spatiale (sub-métrique) extraction des objets - Haute résolution r spectrale, discrimination des algues et substrats minéraux État de référencer rence pour le suivi de futures évolutions. Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

26 IV. Conclusion II Les images hyperspectrales, grâce à leurs hautes résolutions r spatiales et spectrales, permettent : Image Spot 7 Octobre 1986 Forts taux de couverture en rouge Image Spot 3 Septembre la cartographie des principaux substrats végétalisv talisés s et non végétalisés s de la zone intertidale. Forts taux de couverture en rouge Production de cartes thématiques (dont cartes d habitats) d Décroissance estimée e : 30 - la ha production d indicateurs surfaciques d état du milieu ( - 40%) Zostères Comparaison entre les images Décroissance en bleu, augmentation en rouge Vasière du Jaudy (22) Eté 2007 Schorres Vase nue Sable Roche nue Non Classé Eau Algues Brunes Algues Rouges Algues Vertes AUGMENTATION BAISSE Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

27 Perspectives Des développements d sont toujours en cours, notamment sur l algorithme de classification. Ils devraient permettre une amélioration des résultats, r particulièrement rement sur ces points : - Discrimination des espèces d algues d brunes (Fucales (Fucaceae( Fucaceae, Sargassaceae), Laminariales) - Meilleure segmentation à l intérieur de la classe Verte avec séparation des plantes de schorres et les zostères (résultats concluants sur les vasières bretonnes en 2006 et 2007) - Démélangeage spectral (proportion relative de chaque type d algue d dans chaque pixel) - Traitement de l information l sous-marine dans les eaux peu turbides et profondes Cartographie par télédétection t tection hyperspectrale de la couverture algale des estrans norma

28 MERCI