Chapitre IV : Cartographie des forêts
4.1. Cartes des types de forêts
4.1.2. Production de cartes des forêts...89 4.2. Spatialisation des modèles...91 4.2.1. Méthodes de spatialisation...91 4.2.2. Évaluation des différents approches...92 4.3. Analyse des cartes de paramètres forestiers...95 Site Orléans...95 Site Saint-Gobain...98 Sites Landes...98 4.4. Conclusion...100
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La méthode mise en place a permis d'estimer les paramètres forestiers sur des petites zones au sein des peuplements forestiers (placettes ou polygones). Nous voulons à présent démontrer la capacité des données satellitaires à spatialiser ces estimations sur des zones plus larges.
4.1. Cartes des types de forêts
4.1.1. Données existantes
Nous avons montré dans le Chapitre II la possibilité d'estimer avec notre méthode les paramètres forestiers sur des placettes et des peuplements forestiers bien identifiés. La généralisation de la méthode pour construire des cartes à haute résolution nécessite d'avoir des informations sur l'occupation du sol afin de pouvoir appliquer les modèles sur les forêts uniquement, et si possible de distinguer plusieurs classes de forêts au sol quand on dispose de modèles spécifiques à ces classes de forêt.
Dans cette section, nous recensons succinctement des produits disponibles (cartes d'occupation du sol pour les forêts) qui pourraient répondre à nos besoins en termes de résolution spatiale et temporelle, d'accessibilité des données, et de qualité.
Masques des forêts
Plusieurs produits permettant de faire des cartes de forêt/non-forêt sont faits à partir de données de télédétection ou d'observations terrain. Le tableau IV.1 présente une liste des produits à haute résolution spatiale que nous avons évalués pour nos propres besoins, cette liste n'est pas exhaustive.
Tableau IV.1 : Produits disponibles pour la cartographie des forêts à haute résolution spatiale.
Fournisseur Produit Informations Fréquence de mise à jour Zone Résolution spatiale JAXA forest/non-forest map masque des forêts Annuel 2007-2010et >2015 Global Raster ~25 m Copernicus Tree cover density couverture forestière (%) 2012 et 2015 Europe Raster ~20 m Théia OSO OCS feuillus/conifères Annuel à partir de 2016 France Raster 10 à 20 m IGN BD forêt essences forestières Jusqu'à 15 ans France Vecteur 1:10 000
Différents éléments sont à prendre en compte pour l'utilisation de ce type de produits sur la cartographie des forêts :
• Plusieurs de ces produits ont une unité de cartographie minimale (« Minimum Map Unit », MMU) supérieure ou égale à 0.5 ha (~ 50 pixels à 10 m de résolution spatiale). C'est le cas ici des produits « Tree cover density » de Copernicus et de la BD forêt de l'IGN. Cette MMU ne permet pas de bien délimiter les petites forêts dispersées ou très différentes sur des surfaces réduites, que l'on trouve beaucoup en France. De plus, on trouve souvent au sein des peuplements forestiers des prairies, des habitats dispersés ou d'autres éléments qui ne sont pas des forêts et qui ont une taille inférieure à la MMU, donc comptabilisés comme forêt.
• L'information doit être récente car l'occupation du sol peut changer rapidement ainsi que la gestion des forêts.
• Stabilité inter-annuelle : on constate sur certains produits annuels (comme ici le masque des forêts de la JAXA) une trop grande instabilité des zones classées en forêt entre les années, qui ne correspond pas à la réalité.
• La nomenclature et la qualité de la carte des forêts. Certaines cartes fournissent des données peu précises au niveau local, même si la statistique sur une plus grande surface reste conforme à la réalité.
Après considération de ces différents éléments pour évaluer les produits que nous pourrions utiliser, la carte d'occupation du sol OCS-OSO parait être la plus adaptée à nos besoins : mise à jour annuelle, bonne résolution spatiale (10 à 20 m), stabilité inter-annuelle et informations sur la qualité de la carte. La nomenclature actuelle ne différencie que les feuillus et les conifères sans plus de détail sur les essences, mais la méthode de production avec la chaîne de traitement « iota2 »9 pourrait permettre à terme un élargissement de la nomenclature des
forêts.
Cartes des types/essences des forêts
Nous avons donc utilisé la carte OCS-OSO comme masque des forêts pour l'application des modèles. Cependant, nous avons montré dans le Chapitre III que l'utilisation de modèles différenciés pour les essences forestières améliorait fortement les résultats. Nous avons donc cherché à obtenir une cartographie plus fine des essences forestières sur le masque des forêts. La BD forêt de l'IGN a une nomenclature précise qui correspond à nos besoins, mais la comparaison de cette cartographie avec les informations d'essences forestières sur les placettes de mesures nous a révélé de nombreuses incohérences sur les sites Orléans et StGobain. Ces incohérences peuvent provenir de changements intervenus depuis la production (> 15 ans sur certains départements), ou être liées à la méthode elle-même (MMU, définition des classes, etc.). Des produits plus fiables pour nos besoins (qualité et/ou mise à jour) pourraient être disponibles localement : Plans Simples de Gestion (PSG) sur les forêts privées, plans d'aménagements sur les forêts publiques, ou des cartes produites occasionnellement sur des zones spécifiques. Afin de proposer une méthode généralisable à n'importe quelle zone, nous avons choisi de produire notre propre cartographie des essences forestières sur les sites d'étude.
4.1.2. Production de cartes des forêts
Nous présentons dans cette section les caractéristiques et la méthode de production de la carte des essences forestières sur les sites d'études. L'objectif est uniquement d'avoir un support pour appliquer ensuite nos modèles. Nous ne présenterons pas ici de comparaisons ou de validation indépendante des méthodes et des résultats de classification obtenus pour les cartes d'essences.
Méthode de classification
Nous avons procédé en utilisant une méthode de classification par apprentissage similaire à celle utilisée pour produire la carte OCS-OSO. Le tableau IV.2 résume les grandes lignes de la méthode.
Tableau IV.2 : Informations sur la méthode de classification pour la cartographie des essences forestières.
Images Primitives Références Algorithme Post-traitement
Sentinel-1 2015-2017
Moyennes
mensuelles Essences des placettes de mesure,
nomenclature identique aux modèles
Random Forest (OTB) profondeur : 25 nombre arbres : 100 éch. min. nœuds : 10 100 % éch. apprentissage
Suppression des pixels isolés (GDAL sieve) ou vote majoritaire sur des segments issus d'une segmentation mean-shift
Sentinel-2 2015-2017
Images sans nuages sur le site d'étude. NDVI, NDWI et BI.
Cette méthode a été utilisée pour cartographier les types de forêts sur les sites StGobain et Orléans. L'ensemble des pixels des placettes de référence ont été utilisés pour l'apprentissage afin d'obtenir la meilleure classification possible. Les résultats sont satisfaisants pour nos besoins. Concernant les deux sites d'étude des Landes, le produit OCS-OSO était suffisant pour discriminer les feuillus et les conifères, sachant que 90 % des conifères de cette région sont des peuplements de pin maritime.
Cartes de classification
Les statistiques issues de la comparaison de ces cartes avec les références ont été calculées. Elles sont présentées à titre indicatif, mais il ne s'agit pas d'une validation indépendante.
• Orléans : 93 % de bonne classification, kappa = 0.88 • StGobain : 84 % de bonne classification, kappa = 0.77
Les pixels sont donc classés selon leur vraisemblance avec les pixels de référence (les placettes) sur la base des séries temporelle Sentinel-1 et Sentinel-2. Les figures IV.1 et IV.2 présentent les cartes d'essences obtenues sur les sites Orléans et StGobain. Ces cartes nous permettront d'appliquer les modèles de chaque classe sur les pixels considérés comme de la même classe par le classifieur.
Figure IV.1 : Classification des types de forêt sur le site d'Orléans.
Figure IV.2 : Classification des types de forêt sur le site de StGobain.
La carte de classification du site Orléans (figure IV.1) parait cohérente avec la réalité. On compte 8185 ha de chêne, 6228 ha de pin sylvestre, et 6585 ha de forêts mélangées (classe « Autre ») qui se trouvent principalement aux frontières entre les peuplements de chênes et ceux de pin sylvestre. La carte de classification du site StGobain (figure IV.2) est plus hétérogène dans la répartition des essences. Ces forêts sont plus mélangées, et les classes utilisées dans la nomenclature sont physiquement beaucoup plus proches entre elles (différents types de feuillus) que celles du site Orléans (feuillus/conifères). On compte 4880 ha de chêne, 3140 ha de hêtre (principalement sur la partie Est de la forêt), 838 ha de mélange chêne-charme, et enfin 13 694 ha de forêts mélangées (classe « Autre »).