Il y a plusieurs réponses à cette question ! Comme on l'a mentionné à la sous-section 1.3.5 « Quelle est la taille d'un habitat ? », les habitats n'ont pas de taille naturelle précise, mais on recommande généralement d'utiliser une taille d'au moins 5 m × 5 m (il n'est pas obligatoire de prendre des carrés) pour les levés et échantillonnages d'habitats. Il faut toutefois se rappeler que des levés d'habitats de cette taille sur le terrain ne signifient pas que la carte finale sera aussi détaillée. Il se peut que seuls des habitats homogènes plus vastes puissent être représentés sur une carte à l'échelle choisie, à cause des règles (limites) de la cartographie – voir plus loin. Il faut aussi que les télécapteurs puissent détecter des habitats de petite taille : un capteur doit avoir un pouvoir de résolution suffisant pour enregistrer des habitats de taille unitaire – voir plus loin.
On entend habituellement par pouvoir de résolution l’aptitude à distinguer des objets ou des éléments adjacents d'une scène, qu'il s'agisse d'une photo, d'une image ou de la réalité sur le terrain. La limite de résolution est généralement donnée par la dimension linéaire (souvent exprimée en mètres) des plus petites structures que l'on peut distinguer.
Mais le contraste joue un rôle dans notre capacité de distinguer des objets : si deux objets sont de la même couleur, ils sont plus difficiles à distinguer que s'ils sont très différents par la couleur, la teinte ou la luminosité. Lorsque l'on choisit un outil de télédétection pour la cartographie des habitats, il est évidemment essentiel de tenir compte de son aptitude à distinguer, tant du point de vue spatial que de la texture, les habitats à représenter sur la carte finale. Les données de télédétection se traduisent normalement par des images imprimées (analogiques) ou électroniques (numériques). Lorsqu'une image est
géoréférencée, c'est-à-dire mise en correspondance avec les coordonnées du monde réel, chaque pixel (de l'anglais picture element) correspond à une surface au sol. L'aire de cette surface est déterminée par la limite de résolution spatiale du capteur. Les capteurs modernes (à bord de satellites, d'avions ou de navires) ont généralement une limite de résolution spatiale de l’ordre du mètre ou de quelques décimètres. Le paragraphe 1.4.2.2
« Résolution dans le domaine de la télédétection » donne plus de détails techniques à ce sujet.
Après l’acquisition d’images lors d'un levé, deux méthodes couramment employées permettent de distinguer les structures au sol (ou au fond de la mer) : l'interprétation manuelle et la classification automatique. Dans le cas d'une interprétation manuelle sur un document analogique (une image imprimée ou une pellicule), l’interprète qui trace des polygones représentant des habitats aura tendance à entourer des unités dont la plus petite dimension est d'au moins 3 mm sur le document (ou une surface dont l'aire est d'au moins 9 mm²). Il ne s'agit pas d'une règle absolue mais plutôt d'une « règle empirique » établie pour de simples raisons de confort lors du tracé. C’est ce que l’on appelle la plus petite unité interprétable. Les télécapteurs ont des sources d’erreur (bruit systémique) inhérentes à leur conception et à leur fonctionnement. Les pixels ne doivent donc pas être considérés individuellement, car la valeur d’un pixel en particulier pourrait fort bien être le résultat d’une erreur du système. Lorsque des pixels forment des groupes ayant des valeurs semblables, l’information qu’ils représentent est plus fiable et plus susceptible d’être conforme à une unité sur le terrain. Ces groupes forment les plus petites unités interprétables d’une image, souvent de dimensions comparables aux plus petites unités interprétables manuellement. Dans un cas comme dans l’autre, la plus petite unité interprétable constitue le critère à considérer pour le choix de l’outil de télédétection le plus approprié pour distinguer les types d’habitat dans le cadre d’un programme de cartographie.
La cartographie fait intervenir un mélange d’esthétique et de science. Un cartographe doit généralement faire des compromis entre l’échelle, le niveau de détail et la facilité d’utilisation d’une carte. Trop de détails rendent une carte déroutante et difficile à lire ; trop peu de détails diminuent la valeur d’une carte. En général, les plus petites formes dessinées sur une carte – les plus petites unités cartographiques – ont des dimensions de 1 à 3 mm selon leur nature (point, trait ou polygone). Une règle empirique actuellement adoptée en « cartographie thématique », où l’on ne représente en principe que des surfaces, suggère de ne pas tracer de polygones de moins de 9 mm² ; dans le cas particulier des cartes d’habitats terrestres du projet CORINE sur l'occupation des terres, la plus petite unité choisie a été de 25 mm². Dans notre cas, en adoptant des habitats d’une taille minimale de 5 m × 5 m, la représentation d’un habitat de 25 m² par une unité visible de 9 mm² sur papier correspond à une échelle d’environ 1/2000. Il s’agit donc de l’échelle de base qui garantit de voir toutes les unités d’habitat ; les cartes dessinées à une échelle plus grossière ne permettront pas de voir les unités d’habitat de 25 m². Les paragraphes 1.4.2.4 « Limites de la cartographie (pour les cartes au trait) » et 1.4.2.5 « Limites de la cartographie thématique maillée » abordent plus en détail les limites de la cartographie.
Une fois que les images de télédétection ont été interprétées pour donner des classes d’habitats, le cartographe doit produire une carte finale montrant les habitats avec le niveau de détail voulu. À cette étape, la relation entre la plus petite unité interprétable d’une image et la plus petite unité cartographique dépend de la finalité du programme de cartographie et des spécifications de la carte finale. En simplifiant beaucoup, et en laissant de côté un certain nombre de problèmes et décisions complexes, il y a fondamentalement deux manières de procéder, selon la façon dont les personnes qui commandent le travail de cartographie formulent leur demande (voir la figure ci-après).
¾ Si la demande porte sur la cartographie d’unités d’habitat (p. ex. d’un certain nombre de mètres carrés), on peut alors suivre le processus de gauche, qui établit successivement les outils de télédétection appropriés et l’échelle à employer pour la
carte résultante (la plus petite unité interprétable et la plus petite unité cartographique étant alors fixées dans la demande).
¾ On peut aussi demander de « cartographier un territoire donné au 1/10 000, en représentant les habitats le plus en détail possible ». Dans ce cas, c’est le processus de droite de la figure qui s’applique. Dans le cas d’une carte au 1/10 000, la plus petite unité cartographique est de 30 m × 30 m (900 m²), taille minimale de l’unité d’habitat interprétable. La limite de résolution de télédétection devrait donc être d’au moins 5 m (une règle empirique suggère en effet que la limite de résolution d’un capteur soit d’environ un cinquième de la plus petite unité interprétable requise). Si la plus petite unité interprétable est inférieure à la plus petite unité cartographique, le cartographe doit regrouper des unités pour créer des unités d’habitat plus grandes que la plus petite unité cartographique – un processus appelé généralisation, qui introduit d’autres genres de problèmes.
Manière dont la formulation d’une demande de cartographie (imposant soit l’échelle de la carte, soit les unités minimales d’habitat à identifier) influence le choix de la résolution du levé de télédétection.
Les boîtes en bleu sont celles où des choix sont possibles.
1.4.2.1 - Raisons techniques pour lesquelles certains habitats peuvent ne pas être cartographiés
Les habitats (le substrat et d’autres propriétés du milieu comme le biote) peuvent être définis par les caractéristiques biologiques et physiques observables prédominantes.
Cependant, comme on le voit dans la figure qui suit, trois facteurs compliquent cette définition :
– plusieurs habitats sont présents sur une petite surface et mélangés à une échelle fine ; – le biote caractéristique d’un habitat sédimentaire est surtout présent à l’intérieur du
sédiment (endofaune) et n’est pas facilement visible ;
– la biodiversité d’habitats rocheux peut se manifester en grande partie dans de petites niches difficiles à échantillonner à distance (sous des corniches rocheuses, sous des blocs, dans le rocher).
Sable Roche en place
Bloc
Faune invisible Faune cachée
Ces facteurs ont un impact énorme sur un programme de cartographie et sur toute utilisation de cartes pour répondre à des questions sur la biodiversité et sur la présence d’espèces rares qui pourraient être cruciales pour la mise en œuvre de politiques et la gestion d’activités humaines qui en découle.
La prochaine figure décrit trois scénarios qui illustrent certains des principaux problèmes auxquels on risque de faire face pour la cartographie des habitats.
1. L’illustration de gauche représente un habitat de sédiments meubles qui héberge surtout une endofaune. Il peut être difficile de détecter et de cartographier de tels habitats par télédétection et même par échantillonnage, pour les raisons suivantes :
a. plusieurs des propriétés des sédiments qui influent sur le facteur de réflexion ne sont pas mesurées ;
b. les propriétés acoustiques des sédiments peuvent être affectées ou non par l’activité de l’endofaune ;
c. l’échantillonnage peut ne pas représenter adéquatement le biote. Le prélèvement à la benne révèle une partie de l’endofaune, mais la faible ampleur du prélèvement (typiquement 0,1 m2) ne permet pas d’assurer que les échantillons sont vraiment représentatifs d’une zone plus vaste (à moins de prélever un certain nombre de réplicats), et il est probable que la mégafaune davantage dispersée ne soit pas échantillonnée. La vidéo (dans une eau claire) permet d’échantillonner une zone plus vaste et plus représentative, mais non de voir la plus grande partie de l’endofaune.
Par conséquent, les liens entre les propriétés observées des sédiments et le faciès acoustique peuvent être douteux. Même si les données acquises sont adéquates pour cartographier le type de sédiment, les liens entre le faciès acoustique et
l’endofaune risquent d’être incertains. Par conséquent, pour de nombreux habitats, on arrive à cartographier le type de sédiment avec un certain succès, mais la cartographie des habitats définis par leur endofaune est beaucoup moins réussie.
2. Dans l’illustration du centre, le biote manifeste a un effet marqué et caractéristique sur le faciès acoustique, et la vidéo est un bon instrument d’observation du biote. Par contre, les observations du couvert ne permettent pas toujours d’identifier les types de Laminaires de façon certaine, et il se peut que la seule forme de vie reconnue soit celle des Laminaires alors qu’un important biote se cache sous le couvert.
3. Enfin, dans l’illustration de droite, les moyens acoustiques peuvent détecter de manière fiable les divers habitats rocheux, et ces mêmes structures être observées par vidéo. Mais la plus grande partie du biote reste cachée, et seules quelques stations de plongée permettront d’acquérir d’importantes données sur la biodiversité.
Situations où les techniques de prélèvement et d’enregistrement ne permettent de détecter qu’une partie d’un habitat benthique
Le choix des bons moyens d’échantillonnage favorise évidemment le succès du processus de cartographie, mais les utilisateurs doivent néanmoins être conscients des limites techniques de la cartographie pour ne pas avoir d’attentes irréalistes vis-à-vis des cartes d’habitats. On peut devoir accepter le fait que la seule manière de cartographier des données sur la diversité consiste à utiliser des données ponctuelles superposées à une carte d’habitats définie de manière globale.
En résumé, si les structures qui définissent un habitat sont visibles et détectables, il y a une bonne probabilité que l’on puisse cartographier cet habitat. Si elles sont visibles mais cachées d’une manière ou d’une autre pour l’outil de télédétection, alors ou bien on arrivera à déduire la présence de l’habitat à partir d’autres caractéristiques, ou bien la carte d’habitats obtenue sera incomplète (voir la figure ci-après) !
Résumé des considérations fondamentales à propos de la nature de tout habitat que l’on souhaite cartographier.
1.4.2.2 - Résolution dans le domaine de la télédétection
Il est important de comprendre le fonctionnement d’un outil de télédétection, afin d’apprécier son aptitude à détecter des structures benthiques telles que des habitats (en zone intertidale ou subtidale). Beaucoup d’excellents ouvrages et sites Web expliquent tous les aspects techniques de la télédétection ; par exemple, Green et al. (1999) décrivent l’utilisation de télécapteurs aéroportés ou satellitaires pour la cartographie marine en région tropicale. La suite de ce paragraphe repose sur de l’information disponible dans le site WEB de la NASA (États-Unis) et sur certaines définitions extraites de Wikipedia.
Les télécapteurs mesurent et enregistrent la magnitude et la fréquence de l’énergie réfléchie par un objet, cette « énergie » étant généralement un rayonnement électromagnétique (lumière) ou de nature acoustique (son). Les télécapteurs embarqués à bord d’avions ou de satellites utilisent normalement des capteurs d’image qui mesurent l’énergie réfléchie par les objets observés ; les capteurs les plus utilisés pour la détection sous-marine font appel à des dispositifs acoustiques, mais les résultats sont souvent rendus sous forme d’images. Les capteurs d’image se répartissent en deux grandes catégories : les capteurs actifs et les capteurs passifs. Les capteurs passifs, qui forment la majorité des capteurs aéroportés ou satellitaires en usage à l’heure actuelle, ne font que recevoir la lumière solaire naturelle réfléchie ou l’énergie électromagnétique émise par les objets. Les capteurs actifs fournissent leur propre énergie, qui est transmise aux objets observés puis réfléchie vers les capteurs. Les systèmes acoustiques, les radars et les lidars (qui utilisent des rayons laser) sont tous des capteurs actifs.
Les premiers télécapteurs enregistraient des images photographiques (prises par des caméras) gravées sur pellicule ou des traces imprimées sur des rouleaux de papier (sonars). Dans les deux cas, les images étaient produites sous forme analogique. Elles étaient fixes et ne se prêtaient qu’a peu de traitement (corrections, modifications de contraste, de couleur, etc.) ; plus récemment, elles ont pu être converties sous forme électronique numérique, permettant des traitements limités. La plupart des capteurs modernes enregistrent maintenant l’information sous forme numérique, souvent des images numériques. Une image numérique est formée de nombres qui représentent des attributs tels que la luminosité, la couleur ou la longueur d’onde de l’énergie rayonnée, ainsi que la position de chaque point ou pixel de l’image. Le pixel (de l’anglais picture element) est la plus petite unité d’une image. Une image numérique est formée de pixels disposés en lignes et colonnes ; une telle image est dite matricielle, tramée ou maillée.
Les dimensions des pixels et leur contenu en information sont deux aspects de la résolution de l’image.
Le terme résolution a une signification populaire, mais il est mieux défini dans un sens technique. On entend habituellement par pouvoir de résolution l’aptitude à distinguer des objets ou des éléments adjacents d'une scène, qu'il s'agisse d'une photo, d'une image ou de la réalité sur le terrain. La limite de résolution est souvent donnée par la dimension linéaire (souvent exprimée en mètres) des plus petites structures que l'on peut distinguer.
Mais le contraste joue un rôle dans notre capacité de distinguer des objets : si deux objets sont de la même couleur, ils sont plus difficiles à distinguer que s'ils sont très différents par la couleur, la teinte ou la luminosité. Les télécapteurs mesurent des différences et des variations souvent exprimées par trois types principaux de résolution, dont chacun influence la précision des télécapteurs et leur utilité pour la cartographie des habitats.
Résolution spatiale – Le pouvoir de résolution spatiale d’un capteur est son aptitude à distinguer les détails d’un motif ou d’une image. La limite de résolution spatiale, c’est-à-dire la plus petite distance entre des motifs ou des objets que l’on peut distinguer dans une image, est souvent exprimée en mètres.
Résolution spectrale – Le pouvoir de résolution spectrale d’un capteur est sa sensibilité de réponse à une gamme de fréquences donnée (surtout dans le cas de capteurs aéroportés ou satellitaires). Les gammes de fréquences couvertes comprennent souvent non seulement la lumière visible, mais aussi la lumière invisible et des rayonnements électromagnétiques. Les objets au sol sont identifiables par les différentes longueurs d’onde réfléchies (interprétées par différentes couleurs), à condition que le capteur utilisé puisse détecter ces longueurs d’onde.
Résolution radiométrique – Le pouvoir de résolution radiométrique (souvent appelé contraste radiométrique) est l’aptitude du capteur à mesurer la force du signal (réflectance acoustique) ou la luminosité des objets. Plus un capteur est sensible à la réflectance des objets par comparaison avec leur voisinage, plus il permet de détecter et d’identifier des objets petits.
Lorsque l'on choisit un outil de télédétection pour la cartographie des habitats, il est évidemment essentiel de tenir compte de son aptitude à distinguer, tant du point de vue spatial que de la texture, les habitats à représenter sur la carte finale.
1.4.2.3 - Limites d’interprétation
Même s’il est possible de détecter une structure, d’autres raisons peuvent rendre cette information difficile à représenter sous forme de polygones d’habitat. Par exemple, l’information sur la classe d’habitat peut se situer à un très bas niveau dans la typologie EUNIS (p. ex. variantes locales ou sous-habitats), d’où un très grand nombre de classes dans la zone échantillonnée, dont plusieurs ne sont échantillonnées qu’une ou deux fois.
Il est possible que l’on ne puisse pas interpréter les données de télédétection en utilisant ce grand nombre de classes, parce que (1) il y a trop peu d’échantillons de chaque classe pour que l’on puisse être certain de leur interprétation, ou (2) ces classes produisent des signatures très semblables ou qui se chevauchent dans les données de télédétection, de sorte que l’on n’arrive pas à les distinguer. Dans ces cas, une carte d’habitats plus générale montrant un moins grand nombre de classes peut être plus appropriée. Il faut prendre ces limites en considération à un stade précoce du processus de planification.
Compte tenu des objectifs du programme, vaut-il vraiment la peine de faire une carte avec un pouvoir de résolution et un niveau de détail élevés, au vu des coûts importants et de la complexité de l’analyse à effectuer ?
Il est donc possible que l’on doive produire des cartes à échelle globale en simplifiant des données à échelle fine. Cette simplification peut introduire des erreurs lorsqu’un analyste
doit décider comment combiner des classes qui se présentent (sous forme de pixels isolés ou en petits groupes) à une échelle qui ne peut pas être représentée sur une carte.
1.4.2.4 - Limites de la cartographie (pour les cartes au trait)
La cartographie fait intervenir un mélange d’esthétique et de science. Il faut généralement faire des compromis entre l’échelle, le niveau de détail et la facilité d’utilisation d’une carte. Trop de détails rendent une carte déroutante et difficile à lire ; trop peu de détails diminuent la valeur d’une carte. Le tableau suivant montre la relation entre la taille (en mm) d’un objet sur une carte et la taille réelle des objets représentés à différentes échelles. Il faut se rappeler que des polygones dont les dimensions sont de 2 à 3 mm constituent probablement la limite inférieure de ce qui peut être représenté sur une carte (imprimée). Il est clair que, même à une échelle fine, des objets de moins de 10 m (et préférablement de moins de 20 m) ne peuvent pas être montrés sur une carte.
Taille réelle (m) de l’objet représenté, selon l’échelle de la carte
Un carré des dimensions indiquées dans le tableau est le plus petit habitat qui peut être représenté sur une carte aux échelles correspondantes, et constitue donc par définition la plus petite unité cartographique. Il faut en tenir compte dans la planification des levés puisqu’il s’agit de la limite de résolution et du niveau de détail le plus élevé que l’on peut attendre de la carte finale. La plus petite unité cartographique ne correspond ni à la limite de résolution des télécapteurs (qui peuvent être beaucoup plus précis), ni à strictement parler à l’exactitude et à la précision de la carte (qui peuvent être bien moindres).
Un carré des dimensions indiquées dans le tableau est le plus petit habitat qui peut être représenté sur une carte aux échelles correspondantes, et constitue donc par définition la plus petite unité cartographique. Il faut en tenir compte dans la planification des levés puisqu’il s’agit de la limite de résolution et du niveau de détail le plus élevé que l’on peut attendre de la carte finale. La plus petite unité cartographique ne correspond ni à la limite de résolution des télécapteurs (qui peuvent être beaucoup plus précis), ni à strictement parler à l’exactitude et à la précision de la carte (qui peuvent être bien moindres).