A. Problématique
Les herbiers de phanérogames marines de Bretagne sont constitués par deux espèces : Zostera noltii et Zostera marina.
Bien que taxonomiquement proches, elles présentent des exigences écologiques assez différentes (Cf. tableau A en annexe I).
Zostera marina trouve ainsi son optimum dans des conditions pleinement marines, en mode suffisamment abrité, où elle colonise les fonds sableux en bas de la zone intertidale et dans la zone subtidale proche. Zostera noltii s’installe plus haut dans la zone intertidale sur des substrats fins, notamment dans des zones estuairiennes.
Toutefois, cette description n’est que schématique. En particulier, Zostera marina supporte bien la dessalure, et est tolérante à un certain envasement du substrat. Aussi peut-elle remonter dans les estuaires très en amont de leur embouchure. Elle peut également remonter parfois assez haut en zone intertidale, à la faveur de cuvettes ou, encore sur des fonds vaseux mal drainés - où elle peut présenter une morphologie particulière1.
Dans tous les cas, les herbiers constitués par ces deux espèces sont généralement considérés comme étant des habitats2 :
Zostera marina (source : REBENT)
- remarquables (productivité importante, ressource alimentaire pour certaines espèces, forte biodiversité associée, rôle de refuge, de nourricerie, etc.), présentant un intérêt écologique, patrimonial voire économique ;
- sensibles aux perturbations naturelles et anthropiques - l’état de conservation des herbiers pouvant à cet égard fournir un « indice de qualité » de l’écosystème côtier ;
- soumis à de fortes pressions anthropiques (pollution, pêche à pied, aménagements, conchyliculture…).
1 Ce morphotype est d’ailleurs parfois décrit comme une espèce à part entière (Zostera angustifolia) par les auteurs anglo-saxons (DAVISON & HUGHES, 1998). Cette distinction, qui ne semble pas reposer sur des bases génétiques (DEN HARTOG & HILY, 97), n’a pas été retenue dans le cadre de cette étude.
Après une forte régression dans les années 30 (maladie du « wasting disease »), les herbiers se sont lentement réinstallés sur les côtes bretonnes, sans toutefois retrouver leur extension originelle. Actuellement, la situation semble contrastée, les herbiers semblant progresser dans certaines zones et régresser dans d’autres, sans qu’il soit possible d’avoir une idée précise de cette dynamique.
Etablir un inventaire et assurer un suivi de la dynamique spatio-temporelle des phanérogames marines est donc un élément important dans le contexte du programme REBENT.
Un premier inventaire a été réalisé par HILY (1997) et HILY et coll. (1999). Il constitue la référence actuelle au niveau régional3. Cet inventaire se fonde sur des sources et des méthodes d’analyse variées (photo aériennes, enquêtes, études de terrain…).
La présente étude s’appuie sur cette précieuse base de connaissances pour tenter de préciser, sur la base d’une méthodologie plus harmonisée (analyse de photographies aériennes) la localisation et l’extension géographique des herbiers à l’échelle régionale.
B. Objectifs de l’étude
L’objectif général, à terme, est de proposer un outil de porter à connaissance et d’aide à la décision auprès des acteurs intéressés du littoral (scientifiques, administrations, associations, etc.) concernant la localisation géographique générale des herbiers de zostères.
Dans ce but, la présente étude a visé à la production d’une cartographie numérique vectorielle des herbiers de phanérogames marines, couvrant le littoral breton.
Un tel format assure en effet une grande souplesse pour la manipulation, la mise à jour, et l’analyse croisée des données, au sein d’un Système d’Information Géographique.
Dans un premier temps, l’objectif essentiel est surtout d’orienter et de proposer des priorités en matière de collecte de données de terrain, indispensables pour valider et compléter cette cartographie.
En revanche, ce travail, compte tenu de l’échelle retenue, ne vise pas directement au suivi de la dynamique spatio-temporelle des herbiers – qui est abordé beaucoup plus précisément dans le cadre des suivis sectoriels et stationnels entrepris dans le cadre du programme REBENT. La cartographie réalisée pourrait cependant constituer une référence utile pour détecter des tendances générales à l’échelle régionale.
3 Une version réactualisée (2003), et complétée par les résultats de l’étude TBM/DIREN Bretagne (Golfe du Morbihan) (CHAUVAUD, non daté) est disponible sur le site web du REBENT : http://www.ifremer.fr/rebent_carto.
III. METHODOLOGIE
A. Approche générale
La cartographie des herbiers a été réalisée selon une approche classique de photo-interprétation de photographies aériennes verticales couleur.
Une telle approche est très utilisée pour cartographier les habitats benthiques en zone côtière. Elle permet d’évaluer et de suivre des caractéristiques telles que la répartition des habitats, leur étendue spatiale, leur fragmentation, voire permettre d’effectuer des mesures indirectes de densité / biomasse (FINKBEINER et coll., 2001).
Le recours aux photographies aériennes est particulièrement adapté au cas des herbiers de phanérogames marines, qui sont souvent bien délimités spatialement et situés en intertidal ou en zone subtidale peu profonde – donc potentiellement visibles sur des photographies aériennes. Les exemples d’étude sur ce thème sont donc très nombreux4.
Dans la zone géographique qui nous intéresse on signalera – outre l’inventaire réalisé par C. HILY (1997), qui s’est en partie appuyée sur l’analyse de photo aériennes :
- la cartographie des herbiers de l’archipel de Chausey réalisée au 1/10 000 (FOURNIER, 2002) ;
- la cartographie des herbiers du Golfe du Morbihan au 1 / 25000 (CHAUVAUD, non daté), reposant sur un traitement semi-automatisé d’orthophotographies littorales ;
- un travail en cours en vue de cartographier les herbiers de l’archipel des Glenan (Ingrid PEUSILLAT, UBO-IUEM), qui fait suite à une réflexion méthodologique pour l’élaboration d’une procédure de délimitation automatique des zones de zostères (BAJJOUK, 2003) ;
- le suivi de l’évolution spatio-temporelle de l’herbier à Zostera noltii de Saint Jacut de la Mer (DEKINDT, 2003).
Une approche de photo-interprétation implique plusieurs phases, à savoir (d’après FOURNIER, 2002):
- l’analyse des photographies et la formulation d’hypothèses reliant entités présentant des caractéristiques texturales et structurales particulières et des objets concrets sur le terrain ;
- des vérifications sur le terrain pour vérifier la validité de ces hypothèses ; - la généralisation des hypothèses à l’ensemble de la zone étudiée ;
4 On peut consulter par exemple la cartographie des herbiers du Massachusetts réalisée par le Departement of
- enfin, un contrôle sur le terrain a posteriori de la qualité de la cartographie produite devant être réalisé selon un protocole d’échantillonnage.
A défaut de vérifications sur le terrain, la présente étude se limite principalement à la première phase de cette démarche, à savoir une photo-détermination sur la base d’une analyse texturale (et structurale), le lien entre signatures radiométriques et la présence d’herbier étant supposé.
Toutefois, des observations de terrain, obtenues indépendamment de cette étude, ont pu être utilisées pour mieux cerner les différentes caractéristiques texturales des herbiers, et pour évaluer les difficultés d’identification et donc in fine les limites de ce travail (cf.
chapitre IV).
Il s’agit principalement des résultats des études sus-mentionnées, et tout particulièrement l’inventaire réalisé par HILY et coll. (1997), dans sa version réactualisée (2003), auxquels s’ajoutent des observations ponctuelles réalisées au cours des missions de terrain dans le cadre du REBENT - intertidal (en particulier dans la zone des Abers), voire d’observations personnelles.
B. Protocole détaillé
1. Extension géographique de l’étude et choix de l’échelle
La cartographie vise l’ensemble du littoral breton, de la Baie du Mont Saint Michel à l’embouchure de la Vilaine. L’échelle de restitution maximale retenue est le 1/ 25000.
Les zones déjà couvertes par des études plus précises ont toutefois été exclues du champ d’investigation. Il s’agit essentiellement de la zone du Golfe du Morbihan, qui a déjà été traitée de manière approfondie dans le cadre de l’étude TBM / DIREN (CHAUVAUD, non daté). L’archipel des Chausey se situe en-dehors de la zone d’étude, mais on peut se référer pour ce secteur à la carte très précise réalisée par J. FOURNIER (2002).
Par ailleurs, la pénétration dans les estuaires a volontairement été limitée. Bien que souvent favorables au développement des herbiers, leur identification et leur délimitation dans ces zones particulières apparaissent plus délicates que dans les secteurs plus ouverts (Cf. chapitre IV). Aussi nous est-il paru préférable de ne pas les couvrir dans le cadre de cette étude générale.
L’emprise exacte de l’étude est indiquée dans la figure 2.
Zone couverte par l'étude
Limites de pénétration dans les estuaires
Figure 2 : Emprise de l’étude
2. Caractéristiques des photographies aériennes utilisées
Tous les supports photographiques utilisés proviennent des campagnes de prise de vue réalisées par l’IGN entre 2000 et 2002 (figure 3), dans le cadre de la réalisation de l’orthophotographie littorale sur l’ensemble du littoral Manche-Atlantique conformément à la décision du CIADT du 28/02/00.
Clichés
Date de prise de vue 07/10/02
Figure 3 : Zones couvertes lors des différentes campagnes de prise de vue aérienne Au-delà des spécifications générales, standardisées pour ce type de prise de vue, des exigences ont également été formulées dans le cahier des charges concernant notamment le choix des dates et heures, afin d’assurer une hauteur d’eau minimale lors de la prise de vue (coefficient de marée > 95, hauteur d’eau < 1 m.). (source : http://siglittoral.3ct.com).
Les résultats de ces campagnes sont disponibles selon trois formats différents (tableau I):
− les clichés originaux au 1/25000 (couples stéréoscopiques au format papier, émulsion couleur) ;
− les clichés scannés (au pas de 28 microns) (format numérique TIFF) ;
− l’orthophotographie littorale produite après numérisation, réhaussement, orthorectification et mosaïquage des clichés originaux (résolution de 50 cm., livrée en tuiles au format TIFF). Pour des raisons pratiques, elle a été compressée au format .ECW (taux de compression = 20) et redécoupée en dalles (une vingtaine pour la zone d’étude considérée).
Tableau I : Principaux avantage et inconvénients des différents supports
Avantages Inconvénients Clichés originaux
(format papier)
Qualité maximale (dynamique des couleurs, contraste, etc.).
Vision du relief par stéréoscopie (peu utile dans le cas des herbiers).
Non géoréférencés.
Format « statique » (pas de manipulation possible)
Coût élevé
Clichés scannés (format numérique)
Très bonne résolution (50 cm.).
Format permettant des manipulations diverses (zoom, réhaussement, éventuellement géoréférencement, etc.).
Non géoréférencés.
Contraste et dynamique des couleurs réduits par rapport au format papier.
Lourds à manipuler et à stocker (taille importante des fichiers TIFF).
Orthophotolittorale Image géoréférencée - donc permettant une numérisation directe à l’écran avec une bonne précision (environ 1 m.).
Qualité de l’image parfois très médiocre (cf. chapitre IV).
Légère perte de précision suite à la compression au format ECW.
3. Supports utilisés pour l’identification des herbiers
L’idéal aurait été de pouvoir utiliser l’orthophotographie littorale, disponible sur l’ensemble de la zone, à la fois pour l’identification de herbiers et leur numérisation.
Toutefois, des problèmes de qualité rencontrés avec cette dernière (Cf. chapitre IV) nous ont conduit à privilégier, suivant leur disponibilité, les clichés originaux (couples stéréoscopiques) au format papier et/ou numérique comme support d’identification.
A cette fin, les clichés scannés ont été acquis pour la plupart des zones importantes pour les herbiers (figure 4). Au total, 63 clichés originaux et 199 clichés scannés auront été utilisés dans le cadre de cette étude.
− L’analyse des clichés originaux au format papier a été menée par stéréoscopie, ou avec une loupe monoculaire.
− Les clichés numériques ont été visualisés grâce au logiciel Adobe©Photoshop 7.0, permettant le cas échéant un retournement et/ou un réhaussement de l’image (niveaux de couleur, luminosité / contraste…) par des techniques simples.
Compte tenu du nombre considérable de clichés à visualiser, il était en effet impossible d’envisager un traitement plus poussé des images - et encore moins leur géoréférencement.
En conséquence, les secteurs ont été appréhendés avec des niveaux de qualité d’observation variables en fonction des supports utilisés ( figure 5)5.
Disponibilité des clichés Clichés scannés, originaux papiers non disponible, non disponible disponible, non disponible disponible, disponible
Figure 4 : Disponibilité des clichés originaux et scannés
Support d'identification
Orthophoto. (format ECW) (non survolé) Orthophoto. littorale (format ECW) Clichés scannés
Clichés originaux (papier) + scannés
Figure 5 : Supports pour l’identification des herbiers utilisés selon les zones
5 Concernant l’orthophoto des zones d’étendue limitée n’ont pas été survolées lors des campagnes ortholittorales (environ de Lanildut au Conquet, et du Guilvinec à Bénodet) et sont donc couvertes par l’orthophoto départementale. Nous n’avons aucune information (date, heure, hauteur d’eau ? ) sur les clichés ayant servi à la constitution de l’orthophotographie dans ces secteurs.
4. Délimitation et numérisation des herbiers
Quel que soit le support d’observation utilisé pour l’identification des herbiers, la numérisation des contours a été réalisée directement à l’écran sur la base de l’orthophotographie littorale, en utilisant les outils d’édition d’ArcGis 8.2.
Le report des observations depuis les clichés originaux est facilité par le fait que ces clichés sont les mêmes que ceux ayant servi à constituer l’orthophotographie littorale.
Toutefois, une perte de précision est inévitable, et ce d’autant plus que des détails bien visibles sur les clichés originaux peuvent être atténués voire totalement masqués sur l’orthophotographie littorale (Cf. chapitre IV).
Les règles générales suivantes ont été suivies pour la numérisation :
- numérisation au format .SHP dans le système de coordonnées projetées Lambert II étendu ;
- l’échelle pour la numérisation est le 1 / 5000 (en vue d’une restitution au 1 / 25000 au maximum) ;
- seules les enveloppes extérieures des herbiers ont été délimitées, incluant donc les zones sédimentaires non colonisées - sous réserve d’une continuité suffisante des tâches d’herbier.
5. Table attributaire associée
Une table attributaire accompagne la couche d’herbiers créée par numérisation. Les champs renseignés sont :
- ESPECE : Zostera marina, Zostera noltii ou ND (« Non Déterminé »).
- IC : « Indice de Confiance » du polygone.
L’identification et la délimitation des herbiers est plus ou moins difficile selon le type de support, les conditions d’observation, les caractéristiques des herbiers, etc. (Cf.
exemples au chapitre IV). Il est donc apparu nécessaire d’affecter à chaque polygone créé un indice de « confiance » qui, bien qu’assez subjectif, permette d’apprécier la qualité des entités délimitées et ainsi d’orienter les priorités en matière de validation sur le terrain.
Trois niveaux ont été définis, par ordre de qualité décroissante :
• IC = 1 3 : identification quasi-certaine (signature sans ambiguité, présence éventuellement confirmée par des observations de terrain) et limites nettes sur la photo.
Modification de la valeur du code (cf . Erratum en début de document)
Ceci ne préjuge pas des limites réelles des herbiers qui peuvent, même dans les meilleurs cas, être un peu plus étendues, notamment verticalement (en intertidal et subtidal).
Pour ces polygones, la priorité des observations de terrain devrait être d’estimer et
• IC = 2 : même niveau de confiance pour l’identification (signature sans ambiguité ou signature moins évidente mais recoupant des observations de terrain) mais limites verticales et / ou horizontales difficiles à déterminer, au moins sur certaines parties de la photo, ou limites assez nettes sur le cliché brut mais difficiles à reporter sur l’orthophotographie littorale.
Dans ce cas, la numérisation n’a en général porté que sur la partie de l’herbier dont la signature est suffisamment claire (numérisation « conservatrice »), l’estimation de surface étant donc sous-évaluée. Cependant, dans quelques cas (e. g. herbiers en intertidal envasé) cette estimation a pu être surestimée, les polygones créés correspondant alors à des herbiers qui se répartissent en taches de densité variable et aux limites plus ou moins diffuses.
Pour ces polygones, la priorité des observations de terrain serait de mieux cerner les limites et donc la surface réelle des herbiers.
• IC = 3 1 : identification douteuse (signature faible ou atypique, et pas d’observations de terrain correspondantes), quelles que soit la netteté des limites.
Il s’agit surtout là d’entités pour lesquelles la priorité des observations de terrain est de confirmer la correspondance avec des herbiers de zostères, et, le cas échéant, leurs limites.
- IF : indice de fragmentation intra-herbier
Un indice semi-quantitatif de fragmentation des herbiers a été estimé visuellement sur la photographie.
Trois niveaux ont été retenus (d’après le système de classification proposé par le Coastal Services Center de la NOAA, consultable sur http://www.csc.noaa.gov/benthic)
• IF = 1 3 : Herbier continu (% recouvrement > 50 %)
• IF = 2 : Herbier fragmenté (% recouvrement ≤ 50 %)
• IF = 3 1 : Herbier présent (% recouvrement ne pouvant être estimé) Ce champ n’a pas été renseigné pour les herbiers d’IC = 3 1, et la valeur 3 a été affectée par défaut aux herbiers d’IC = 2.
Modification de la valeur du code (cf . Erratum en début de document)
Modification de la valeur du code (cf . Erratum en début de document)
L’intérêt d’un tel indice est d’avoir une première estimation du % de recouvrement des herbiers, et de la mettre en relation avec différentes variables. Toutefois, son caractère assez frustre et son évaluation visuelle assez approximative en limite la portée.
- SURFACE_HA : surface du polygone (en hectares).
- PERIM_M : périmètre du polygone (en m).
- SECTEUR : nom du secteur côtier dans lequel se trouve le polygone (Cf.
chapitre V, figure 9).
- CODE_SECT : code du secteur côtier dans lequel se trouve le polygone (Cf.
chapitre V, figure 9).
- INVENT_97 : lien avec les observations issues de l’inventaire initial de C. HILY (97).
Ce champ a été généré par croisement de la couche d’herbier nouvellement créée avec celle de l’inventaire existant (HILY, 97, réactualisé 2003). Une zone tampon arbitraire de 200 mètres a été définie autour des herbiers définis lors de ce premier inventaire, afin de tenir compte d’éventuelles évolutions spatiales ou d’imprécisions dans le géoréférencement.
S’il y a intersection, le nouveau polygone reçoit le coefficient « 1 » pour signaler un recoupement avec des observations de l’inventaire initial. Sinon la valeur « 0 » est affectée.
− OBS_TERR : autres observations de terrain éventuellement disponibles dans la zone. Si tel est le cas, le type d’observations et la source sont signalés.
− VALID : indique si le polygone a fait l’objet d’une validation sur le terrain, dans le cadre d’une étude spécifiquement prévue dans cet objectif (aucune à l’heure actuelle).
- OBS_DIV : observations diverses concernant le processus de photo-détermination (qualité de la « signature » observée sur les photos, problèmes rencontrés, etc.)
- METHODE : méthode d’identification des herbiers (photo-détermination dans tous les cas.
- SUP_OBS : support d’observation utilisé pour l’identification des herbiers.
- SUP_NUM : support de numérisation utilisé (orthophoto, au format .ECW dans la plupart des cas)
- DALLE : numéro de la dalle de l’orthophotographie (usage interne).
- DATE_0 : date de création du polygone
- AUTEUR_0 : auteur de la numérisation initiale
6. Valorisation de la couche thématique produite
La couche vectorisée sur le thème des herbiers a été intégrée dans un projet ArcGis (format .MXD) et un atlas cartographique numérique interactif a été généré grâce à un outil spécifique d’ArcGis.
IV. PRINCIPALES CARACTERISTIQUES TEXTURALES DES HERBIERS
Les « signatures » radiométriques des herbiers peuvent être très variables. Partant des signatures texturales les plus caractéristiques pour les deux espèces, nous présentons brièvement l’influence de certains facteurs venant complexifier, atténuer voire masquer cette signature, et liés notamment :
− à l’environnement des herbiers (niveau bathymétrique, turbidité, nature du fond, confusion potentielle avec d’autres espèces, etc.) ;
− aux conditions de prise de vue et leur influence sur la qualité de la photo (état de la mer, reflets du soleil sur la mer, etc.)
− aux traitements appliqués aux clichés en vue de l’obtention de l’orthophoto littorale (numérisation / réhaussement / mosaïquage).
A. Signatures caractéristiques des herbiers de zostères
1. Zostera marina
Les signatures les plus caractéristiques sont obtenues en zone immergée, par faible profondeur et sur des fonds sableux où les herbiers, occupant parfois de vastes surfaces, présentent un aspect « tigré » plus ou moins prononcé. Le degré de fragmentation est très variable.
Photo 1 : Signature très typique de Zostera marina (Aber Wrac’h, mars 2002).
L’identification ne fait pas de doute, même sur l’orthophotographie littorale (d’autant qu’il existe des observations de terrain correspondantes) et les limites sont nettes (sauf peut être en subtidal). Le
% de recouvrement dépasse 50 %.
Î Indice de Confiance = 1 3, Indice de Fragmentation = 1 3.
Photo 2 : idem, à Saint Jacut de la mer (octobre 2002), mais herbier plus fragmenté (% recouvrement
< 50 %). Pas de données de terrain, mais la signature est suffisamment claire et les limites nettes.
Î IC = 1 3, IF = 2
Photo 3 : idem aux îles Glenan (août 2002). Vue partielle de plusieurs herbiers de superficies très différentes.
Î IC = 1 3
2. Zostera noltii
Photo 4 : Cet herbier à Zostera noltii, à Saint Jacut de la mer (octobre 2002), considéré comme le plus grand de Bretagne nord, a été étudié en détail par DEKINDT (2003), aussi son identification ne fait aucun doute.
Î IC = 1 3, IF = 1 3
Malheureusement, c’est le seul exemple d’herbier de cette espèce que nous ayons pu déterminer avec certitude durant notre étude (Cf. discussion au chapitre V).
Photo 5 : Zostera noltii dans le Golfe du Morbihan (photo prise le 30/07/00) Zostera noltii est très présente dans cette zone (non couverte par la présente étude). Le polygone (en bleu) a été délimité par traitement semi-automatique d’image couplé à des vérités terrain (source : CHAUVAUD, étude TBM-DIREN, non datée).
De telles signatures (assez ténue sur la photo) n’ont pas pu être identifiées avec
De telles signatures (assez ténue sur la photo) n’ont pas pu être identifiées avec