Cartographie et SIG

Le navigateur ne peut lire ce kiwi

Apports de la télédétection pour la connaissance des enjeux environnementaux Exemples concrets d’informations sur la biodiversité acquises grâce aux données infrarouge, lidar…

, par Elodie Gondran

Des données disponibles mais des usages restreints

Les acteurs publics sont vivement intéressés par l’apport des nouvelles technologies dans le traitement des données environnementales. Dans le cadre du le réseau des données de l’environnement (RDE) animé par la DREAL, les acteurs disposent de multiples données issues de la télédétection, mais méconnaissent les usages.

Les capteurs se sont multipliés et perfectionnés, toutefois l’usage de ces nouvelles images reste limité.
Les traitements de la télédétection existants sont dédiés à des usages spécifiques comme le suivi de l’occupation du sol par photointerprétation, l’exploitation de modèle numérique de terrain à haute résolution dans le cadre de la prévention des risques d’inondation ou le traitement des données thermographiques pour l’analyse de l’efficacité énergique des bâtiments.

Dans le domaine environnemental, les techniques applicables par les acteurs locaux sont rares et présentent peu d’intérêt sur le territoire Nord - Pas-de-Calais. Ainsi, l’indice NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) permet de suivre l’activité chlorophyllienne des végétaux, par le biais de la réflectance dans le rouge et dans le proche infrarouge. Toutefois, sur le territoire restreint de la région Nord - Pas-de-Calais, le calcul d’indice de végétation est sans intérêt, la cartographie des espaces naturels étant déjà assurée par ailleurs.

L’intérêt des données infrarouge, LIDAR, RADAR sont encore méconnues des acteurs locaux. Les données sont disponibles mais leur exploitation reste limitée.

L’objectif de la démarche engagée par la DREAL et l’université de Lille est d’explorer les données avec des spécialistes de l’environnement afin d’ouvrir de nouvelles pistes d’intérêt de la télédétection.


Principes de l’étude


A partir de données issues de différents capteurs, on s’intéresse ici à l’identification des enjeux environnementaux visibles pour un observateur averti.
Toutefois, à ce stade les observations ne restent que des hypothèses basées sur l’étude d’une seule image, qui nécessiteront d’être confirmées, ou infirmées, par des tests complémentaires.

Les données disponibles sur le territoire régional ont ainsi été observées en 2012 par différents acteurs (universitaires du master SIG environnement de l’USTL, écologues de la DREAL) afin d’identifier les informations intéressantes en terme d’écologie et plus généralement en terme d’environnement.

La démarche est basée :

  • sur l’analyse de l’imagerie disponible, par photointerprétation assistée par ordinateur, pour d’identifier des informations intéressantes notamment pour la biodiversité locale,
  • sur l’étude des connaissances capitalisées dans le cadre du projet partenarial ARCH (redirection vers l’article dédié),qui traite notamment l’apport des nouvelles technologies d’acquisition d’imagerie, notamment satellitaires, afin de faciliter l’actualisation des données habitats naturels (en termes de coûts, de disponibilité, de services et de bénéfices par rapport à l’imagerie aérienne).

Initiée en 2011, la démarche associe les étudiants du MASTER 2 SIG environnement, sous le pilotage de Magalie Franchomme (maître de conférences à l’UFR de géographie et Aménagement, Laboratoire TVES, Université de Lille 1).

La synthèse des observations devrait permettre d’ouvrir de nouvelles pistes d’exploitation pour le traitement de données notamment satellitaires.
Les résultats seront publiés au fur et à mesure des observations sur le site Internet de la DREAL.


Les enjeux environnementaux à étudier


Certaines informations environnementales sont complexes à cartographier et présentent un intérêt publique majeur.

Dans le cadre du projet, les observateurs focalisent leur attention sur sur ces enjeux environnementaux en particulier.

Certains habitats naturels sont complexes à cartographier sur la région Nord-Pas de Calais :

  • les lettes dunaires humides, les mares de lettes dunaires,
  • les dunes paléo-côtières,
  • les plages de galets sans végétation et végétalisées,
  • les landes humides, les landes sèches,
  • les steppes et prairies calcaires sèches,
  • les prairies à métaux lourds,
  • les prairies siliceuses sèches,
  • les forêts poldériennes,
  • les tourbières hautes, de couverture, ou les tourbières de transition,
  • les bas marais,
  • les forêts humides (aulne et saule)

Rappel des définitions :


Le mot télédétection désigne l’ensemble des connaissances et techniques utilisées pour déterminer des caractéristiques physiques et biologiques d’objets par des mesures effectuées à distance, sans contact matériel avec ceux-ci (Source : Commission interministérielle de terminologie de la télédétection aérospatiale, 1988).

On s’intéresse ici plus précisément à la télédétection aérospatiale, soit à l’ensemble des techniques qui permettent, par l’acquisition d’images d’obtenir de l’information sur la surface de la Terre en utilisant les propriétés du rayonnement électromagnétique émis, réfléchi ou diffusé par les corps ou surfaces étudiés. La télédétection englobe tout le processus qui consiste à capter et enregistrer l’énergie d’un rayonnement électromagnétique émis ou réfléchi, à traiter et analyser l’information qu’il représente. (Source : Centre Canadien de Télédétection : http://www.ccrs.nrcan.qc.ca)

Trois domaines spectraux sont particulièrement exploités en télédétection :

  • le domaine du visible,
  • le domaine des infrarouges (comprenant le proche infrarouge, le moyen infrarouge et l’infrarouge thermique),
  • le domaine des micro-ondes (ou hyperfréquences).

Figure 1 - Composition du spectre électromagnétique Composition du spectre électromagnétique

Des données de nature différente

  • Données infrarouges  : L’infrarouge est une onde électromagnétique de fréquence inférieure à celle de la lumière visible dont la longueur d’onde est comprise entre 780 nm et 1000 000 nm. L’infrarouge est associé à la chaleur car, à température ambiante ordinaire, les objets à la surface de la Terre émettent spontanément des radiations dans le domaine infrarouge.

La photographie infrarouge permettent entre autres de repérer l’activité chlorophylienne. La partie du spectre captée est l’ infrarouge proche, d’une longueur d’onde de 700 à environ 900 nm (proche du spectre visible).

Corridors boisés (Image infrarouge 2009)

La thermographie infrarouge permet de voir et de mesurer à distance et sans contact la température d’objets cibles. L’imagerie thermique exploite l’infrarouge lointain.


Données LIDAR

 :


Un capteur LIDAR (light detection and ranging), basé sur un laser à impulsions, capte la lumière laser renvoyée par les objets.

Le laser émet une onde lumineuse qui interagit avec les différents composants qu’elle rencontre. Une partie de cette onde est rétrodiffusée et collectée. Il est alors possible de déduire des propriétés du diffuseur, ainsi que la distance (par la mesure du délai entre l’impulsion et la détection du signal réfléchi). Le lidar couvre en particulier le domaine du visible, et également les domaines ultraviolet (UV) et infrarouge (IR).

Les technologies LIDAR permettent d’exécuter des levés topographiques, d’ouvrages, de bâti, de végétation de haute résolution avec des hauteurs de précision métrique.

La technologie Lidar offre des possibilités intéressantes en ce qui concerne le suivi des forêts et permet d’estimer des caractéristiques structurelles au sein de peuplements denses (Ex : volume de bois, quantité de biomasse). Couplé avec les technologies de capteurs passifs, le LIDAR peut permettre de distinguer les zones boisées des zones de broussailles ou de prairies.

Extrait d’un modèle numérique d’élévation LIDAR (données LIDAR Scarpe DREAL)

Ces données peuvent ensuite être analysées suivant des traitements plus ou moins complexes : PhotoInterprétation Assistée par Ordinateur, classification automatique, classification supervisée…


Les données spécifiques disponibles pour la région Nord - Pas-de-Calais :


La donnée de référence pour l’analyse par photointerprétation : Orthophotographie régionale couleurs PPIGE 2009 (résolution 20 cm)

Les données complémentaires analysées :

  • Image infrarouge régionale PPIGE 2009 (résolution 20 cm)
    Pour la visualiser : consulter le site Internet PPIGE (A l’échelle 1/5000, activer la Vue aérienne 2009 infrarouge 40cm) : http://www.ppige-npdc.fr
  • Données altimétriques LIDAR littoral Nord - Pas-de-Calais et Scarpe - Ministère de l’écologie
    Pour y accéder : adresser une demande auprès du service administration de données

Les premières observations :


I. Apport de la donnée infrarouge

L’image infrarouge, qui renforce les contrastes, permet de simplifier la cartographie des espaces végétalisés notamment en zone urbanisée.

L’image infrarouge a été ainsi été choisie pour la photointerprétation des habitats naturels dans de cadre du projet ARCH (pour en savoir plus : consulter le site Internet ARCH)

Elle permet notamment d’identifier :

  • La végétation aquatique

L’image infrarouge permet de mieux identifier la surface couverte par la végétation aquatique que l’orthophotographie de réference.
L’identification de la végétation aquatique est d’un enjeu majeur.

Les espèces aquatiques sont en majorité des plantes exotiques envahissantes, nuisibles à l’écosystème local, dont la gestion une priorité.
L’image infrarouge devrait permettre de cartographier plus facilement les zones colonisées.

  • Les espaces verts en zones urbaines et notamment les arbres
    alignements
    L’image infrarouge permet de mieux identifier les alignements d’arbres et d’arbustes. Ces alignements constituent des corridors boisés pour la faune et la flore. L’image infrarouge devrait permettre de simplifier la cartographie de ces corridors essentiels le cadre de la gestion de la trame verte régionale.

Elle permet de caractériser :

  • La végétalisation des terrils
    Les terrils abritent des écosystèmes rares. Ils abritent certaines espèces protégées comme le crapaud calamite. Le suivi de l’évolution de cet
    habitat est un enjeu fort.
    Végétalisation des terrils (Image infrarouge 2009)
    Le développement de la végétation sur les terrils, et donc la fermeture de ces milieux rares, est parfaitement identifiable sur l’image infrarouge.
  • La végétalisation sur plage de galets

Comme les terrils, les plages de galets et les zones d’enrochement sont des milieux contraints sur lesquels se développent des espèces spécifiques.
Le développement de la végétation sur ces milieux, et donc leur fermeture, est bien identifiable sur l’image infrarouge.

  • La végétalisation des friches et des carrières
    Les carrières abritent des espèces spécifiques comme des chauves souris.
    Les friches constituent des espaces à l’abandon, reconquis progressivement par la biodiversité mais soumis à de forts enjeux d’aménagement car localisées généralement en zone urbaine.

Leur évolution est bien identifiable sur l’image infrarouge.

II. Apport de la donnée LIDAR

Les milieux dunaires évoluent rapidement et abritent des habitats et des espèces protégées. Face à la pression de l’urbanisation, la caractérisation et le suivi de ces milieux littoraux est un enjeu majeur.

Les données LIDAR, qui permettent d’obtenir des modèles numériques de terrain de haute résolution, permettent de caractériser finement les milieux dunaires.
Image de données LIDAR sur les milieux littoraux


Pour en savoir plus : Consulter la documentation du projet ARCH


Accéder à l’ensemble de la documentation de l’étude ARCH portant sur l’utilisation de nouvelles technologies satellitaires


Exemples de documents ressources ARCH publiés :

  • Analyse des besoins,
  • recensement des bonnes pratiques européennes en matière d’utilisation du satellite pour le suivi de la biodiversité,
  • inventaire des technologies de télédétection et des services associés,
  • échantillonnage sur les technologies de télédétection et les services pertinents,
  • proposition de scenari,
  • expérimentation sur des territoires tests et recommandations.

Pour accéder à l’ensemble des documents : Consulter le site Internet officiel du projet http://www.archnature.eu/activity3_fr.html

Portfolio

Milieux dunaires (image infra rouge 2009) Milieux dunaires (Orthophotographie 2009) Corridors boisés (Orthophotographie 2009) Re-végétalisation des friches (Image infrarouge 2009) Re-végétalisation des friches (Orthophotographie 2009) Végétalisation des terrils (Orthophotographie 2009)

Vous êtes ici :