2-1. Les indices de végétation

I.Données utilisées 19

La conception d’indices de végétation requiert une bonne connaissance des

métadonnées des images satellitales (conditions physiques et atmosphériques,

caractéristiques orbitales, capteurs etc.) dans les bandes spectrales auxquelles la

végétation est sensible : il s’agit notamment des canaux visibles rouge (R), proche

infrarouge (PIR) et vert. Cette dernière bande est plus dépendante des conditions

atmosphériques et pour cela, est moins utilisée dans l’élaboration des indices de

végétation. En 1975, Colwell et al propose l’indice de végétation: VIN=PIR/R (VIN pour

Vegetation Index Number). Si cette formule a l’avantage d’être rapide d’utilisation, elle

reste très sensible au cycle de l’évolution de la végétation et présente un faible pouvoir de

discrimination lorsque le taux de recouvrement du sol est inférieur à 50% (Collet et Régis,

2001). De plus, le VIN est un mauvais indicateur de la déficience hydrique des plantes.

L’Indice de Végétation Normalisé (NDVI) proposé par Rouse et al (1974) est lui défini

par le rapport NDVI = (PIR-R) / (PIR+R), la normalisation permettant de réduire les effets

de pente. Les valeurs du NDVI sont proches de 1 pour les surfaces forestières,

quasi-nulles pour les sols nus et négatives pour les surfaces hydriques. Afin de pallier la

présence des valeurs négatives dans le NDVI, Rouse (1974) a proposé un nouvel indice

TVI=√NDVI+0,5 (TVI pour Indice de Végétation Transformée). Cet indice présente

quasiment les mêmes propriétés que le NDVI mais, produit une meilleure corrélation

statistique en raison de l’utilisation de la racine carré (Bariou et al, 1985).

Au fil de l’évolution des recherches, la définition du NDVI a subi plusieurs

ajustements dans le but de réduire les influences atmosphériques ainsi que celles relatives

au recouvrement du sol. Afin de compenser les effets atmosphériques qui modifient la

luminance des images à différentes dates, Kaufmann et al (1992) ont produit un nouvel

indice en intégrant la bande bleue (sensible aux conditions atmosphériques) dans la

formule initiale du NDVI : ARVI (Atmospherically Resistant Vegetation Index)=

(PIR-RB)/(PIR+RB), avec RB=R-γ(B-R), où γ dépend de la présence et du type d’aérosols et

est calculé suivant une estimation des luminances ou reflectances intrinsèques de

l’atmosphère dans les canaux R et B. Mais sa valeur est de 1 en l’absence de ces

informations. Par ailleurs, les approches développées par Huete (1988) et Baret et al,

(1993) consistent à réduire la contribution spécifique des sols pour que la sensibilité de

l’indice ne concerne que la végétation, dans le cas où celle-ci ne couvre que partiellement

le sol : SAVI (Soil Adjusted Vegetation Index) = (PIR-R)(1+L)/(PIR+R)+L, où L

représente la densité de couverture du sol : elle prend la valeur 1 pour les densités

végétales faibles ; 0,5 pour les densités moyennes et 0,25 pour les fortes densités.

Toutefois, si l’introduction de ces formulations plus ou moins complexes

permettent d’augmenter la sensibilité de l’indice et mieux représenter certaines situations

spécifiques, la plus haute spécification des indices accroît leur complexité et compromet

leur concrétisation ou leur mise en œuvre (Rondeaux et al, 1996 ; Rollet et Caloz, 2001).

De ce fait et malgré ses limites, le NDVI, moins complexe, demeure le plus utilisé pour

suivre les caractéristiques biophysiques des couverts végétaux à leurs différents stades

phénologiques (phase active, sèche ou sénescente).

b) La base de données du Global Inventory Modeling and Mapping

Studies GIMMS

La base de données du (GIMMS) est constituée de données bimensuelles de NDVI,

diffusée en accès libre sur le site Internet de l´Université du Maryland

(http://glcf.umiacs.umd.edu/data/gimms). Ces données couvrent la surface continentale à

l’échelle globale suivant une résolution de 8km (Tucker et al, 2005). Elles sont

disponibles de juillet-1981 à décembre-2006 sous forme de cartes bimensuelles générées

par la technique de synthèse temporelle dite MVC (Monthly Maximum Value

Composite), fondée sur la recherche de la valeur maximale de NDVI sur chaque

intervalle de 15 jours (Holben, 1986). Ces données dérivent de l’instrument AVHRR

(Advanced Very High Resolution Radiometer) à bord des satellites de la NOAA après les

corrections géométriques, de calibration et celles inhérentes aux aérosols atmosphériques

et volcaniques.

Tableau I-1. Couverture temporelle des capteurs AVHRR

Numéro de satellite Date de lancement Date de début Date de fin

NOAA-6 06/27/1979 06/27/1979 11/16/1986

NOAA-7 06/23/1981 08/24/1981 06/07/1986

NOAA-8 03/28/1983 05/03/1983 10/31/1985

NOAA-9 12/12/1984 02/25/1985 05/11/1994

NOAA-10 09/17/1986 11/17/1986 08/30/2001

NOAA-11 09/24/1988 11/08/1988 09/13/1994

NOAA-12 05/13/1991 05/14/1991 12/15/1994

NOAA-13 08/09/93 -,,- -,,-

NOAA-14 12/30/1994 12/30/1994 Present

NOAA-15 05/13/1998 05/13/1998 Present

NOAA-16 09/21/2000 09/21/2000 Present

NOAA-17 06/24/2002 10/15/2002 Present

NOAA-18 05/20/2005 06/10/2005 Present

Les dérives orbitales du satellite ont également été corrigées par la méthode de

Décomposition en Modes Empiriques (EMD ; Pinzon et al, 2005).

Le tableau I-2, présente les missions de satellites qui se sont succédé lors de la

prise des données ainsi que leur date de début et de fin de service, alors que certains sont

toujours opérationnels de nos jours.

Les données d’archives concernant les années 2004 à 2006 ont été constituées par

le Biospheric Sciences Branch, NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt,

I.Données utilisées 21

Maryland, USA. Les caractéristiques des données NDVI-GIMMS pour le continent

africain sont résumées dans le tableau I-3.

Tableau I-2: Caractéristiques des images NDVI-GIMMS pour le continent africain

Coordonnées zone couverte

Bas gauche lat : -42.2° Bas gauche lon : -23.5°

Haut gauche lat : 43.7° Haut gauche lon : -24.6°

Bas droite lat : -42.2° Bas droite lon: 63.4°

Haut droite lat : 43.7° Haut droite lon: 64.5°

projection Albers Equal Area Conic

résolution spatiale 8 km

taille image 1152 colonnes x 1152 lignes

format GeoTiff

codage comptes numériques CN de -10000 à + 10000 (signed integer)

relation entre CN et NDVI CN = 10000 x NDVI

valeurs extrêmes de NDVI -1 et +1

Cependant, la base de données du NDVI-GIMMS présente quelques inconvénients

comme par exemple sa sensibilité aux changements des capteurs ainsi qu’à la variabilité

des aérosols atmosphériques (en raison des éruptions volcaniques d’El Chichon en 1982 et

du Mt. Pinatubo en1991) et de la vapeur d’eau. Ces constituants affectent différemment

les bandes 1 et 2 de l’instrument AVHRR, ce qui peut introduire d’importantes variations

dans les données. Ainsi, malgré les corrections, des erreurs de signal peuvent persister et

surtout dans les zones de végétation dense des zones tropicales.

c) La base de données du VITO

Dans le but de produire des données spatiales de qualité portant sur la couverture

végétale et la surveillance environnementale, les capteurs 1 et 2 de VÉGÉTATION

embarqués à bord des satellites SPOT (Système Probatoire d’Observation de la Terre) des

séries 4 et 5 fournissent des données pleine résolution (1 km) d'images composites S10 de

type 10 jours, diffusées par le Centre national d'études spatiales (CNES). Chaque image

composite comprend quatre bandes visibles en réflectance à la surface : bleu (0,43-0,47

mm), rouge (0,61-0,68 mm), proche infrarouge (0,78-0,89 mm) et infrarouge à courte

longueur d'onde (1,58-1,75 mm), ainsi que deux couches de données comprenant l'indice

différentiel normalisé de végétation (NDVI), ainsi que le masque de nuages. Ces données

sont pré-traitées au VITO (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek) en

Belgique et archivées sur la plate forme VGT depuis avril 1998.

Les traitements tiennent compte d’une part, des corrections des effets de

réflectance diffuse bi-directionnelle et la contamination par les nuages, et d’autre part, de

la normalisation des données sous forme d'images observées au nadir dans des conditions

sans nuages. De ce fait, les jeux de données représentent des mesures de la réflectance à la

surface de la Terre, sans obscurcissement par des effets perturbateurs et d’erreurs

résiduelles. Les données de NDVI de SPOT/VEGETATION sont disponibles en accès

libre sur le site http://free.vgt.vito.be/. A ce jour, les données sont disponibles jusqu’au 31

octobre 2009, sachant qu’elles sont archivées avec un délai de 3 mois. Le lecteur voudra

bien consulter ce site pour de plus amples informations sur les données de

NDVI/SPOT-VEGETATION. Le tableau I-4, présente les caractéristiques des scènes décadaires du

NDVI/SPOT sur le continent africain.

Tableau I-3: Caractéristiques du NDVI/SPOT-VEGETATION pour l’Afrique

latitudes de 38° nord à 35° sud

longitudes de 26° ouest à 60° est

projection Plate carrée

résolution spatiale 0,008929° (environ 1km)

taille image 9633 colonnes x 8177 lignes

codage comptes numériques de 0 à 255 (byte)

Valeur réelle de NDVI (VR) VR = 0,004 x NDVI - 0,1

valeurs max et min de NDVI -0,1 et 0,92

Dans le document Étude multi-échelles des précipitations et du couvert végétal au Cameroun : Analyses spatiales, tendances temporelles, facteurs climatiques et anthropiques de variabilité du NDVI (Page 37-41)