2. Fondements de l’analyse spatiale de la végétation terrestre appliquée aux données
2.3. Géographie des écosystèmes et des paysages
2.3.3. Segmenter le territoire dans une approche d’écologie du paysage
La notion de continuité écologique a pris une importance majeure dans la gestion environnementale des territoires. En France, le « grenelle de l’environnement » a imposé la cartographie des trames (verte et bleue) et sa prise en compte dans l’aménagement, d’abord à une échelle nationale, puis régionale (SRCE), puis des SCOT puis des PLU (François et al., 2010). De façon un peu caricaturale, l’exercice a consisté à choisir des milieux considérés comme réservoir (grands massifs forestiers, espaces naturels protégés ou milieux reconnus par les naturalistes locaux comme un enjeu) puis de déterminer, à dire d’expert, ceux pour lesquels des échanges de flux biologiques sont nécessaires ou, du moins, seraient favorables et enfin de dessiner un corridor les reliant qui à la fois cherche le chemin le plus court mais qui évite les milieux répulsifs.
Or, cette approche présente un défaut majeur : elle n’est adaptée qu’à un type d’espèces (un type de mobilité) généralement aux petites échelles comme les grands mammifères et aux grandes échelles comme les batraciens et reptiles. Or, la continuité écologique de grands oiseaux, de plantes disséminées par le vent ou de gastéropodes n’est pas de même échelle ni de mêmes types. Certaines continuités écologiques nécessitent une continuité de l’habitat stricto-sensu, d’autre peuvent être en « pas japonais » tant que l’espacement entre les éléments de milieu recherchés sont à une distance qui peut être parcourue dans un temps supportable. Dans Andrieu et al., 2014 B, nous avons argumenté que, pour le loup, une segmentation de l’espace en paysages permet seule de concevoir les continuités territoriales aux petites échelles (régionale à nationale). Or, il serait absurde de cartographier des milliers de fois des continuités seulement adaptées à un type d’espèce. Pour cela, une approche multiscalaire est nécessaire centrée cependant sur l’échelle du paysage, soit l’échelle kilométrique. En effet, par cette méthode, aux échelles plus grandes, le type de paysage détermine les continuités internes (type de paysage forestier signifie que la matrice est forestière) aux échelles plus petites, c’est l’assemblage des paysages qui est étudié, si et seulement si l’on cartographie correctement chaque paysage et si l’on peut les classer dans une typologie adaptée.
La cartographie des paysages doit débuter par une définition du paysage qui donne une spatialité rigoureuse (Luginbühl, 1994). Le paysage est, selon Godron une portion d’espace d’échelle kilométrique, hétérogène, caractérisée par un ensemble d’éléments présentant une certaine répétitivité dans l’agencement en matrice, corridors et tâches, et dont cet agencement spatial conditionne un fonctionnement à l’échelle décennale (Godron et Joly, 2008).
Il est par exemple possible d’observer, en un lieu, une matrice forestière avec quelques taches (clairières et mares) et quelques corridors (chemins, rivières) cela constitue un paysage. A une certaine distance de celui-ci, une autre matrice forestière avec les mêmes taches et les mêmes corridors constitue un autre paysage du même type. Entre les deux, nous observons un paysage de bocage avec une matrice de pâturage, des corridors de chemins un corridor de rivière et un réseau dense de corridors de haies et plusieurs corridors forestiers bien connectés avec les forêts de part et d’autre. Il s’agit là d’un troisième paysage d’un deuxième type.
A un premier niveau d’analyse, la limite entre ces paysages est donc le passage de la matrice forestière à la matrice agricole. Dans un cas d’étude imaginaire et archétypique, cela ne pose guère de problème, il faut juste trouver une méthode de définition spatiale de la matrice, établir un seuil et appliquer ce seuil pour tracer la limite entre ces deux paysages. Cela signifie une approche spatiale très différente de l’approche quasi universelle en « occupation du sol » puisqu’en occupation du sol les pixels de la matrice forestière et ceux du corridor forestier connexe à cette dernière sont un seul objet, un seul ensemble de pixels contigus de même catégorie et donc, que l’on ne peut pas découper.
Pour cette raison il est nécessaire non seulement de changer d’échelle mais de mettre en place une méthode multiscalaire où, à différentes échelles, sont effectués des calculs différents. Il faut, pour commencer, effectuer une cartographie à une échelle locale : celle des éléments du paysage. Ensuite, à l’échelle du paysage, une échelle kilométrique il faut convertir cette carte en variables décrivant et quantifiant la composition en éléments de paysage et l’agencement de ceux-ci. Ici, c’est une approche
en morphologie mathématique qui est nécessaire : sur la base d’une cartographie d’occupation du sol (éventuellement séparée en autant d’images binaires que l’espace présente de catégories). Peuvent être calculés par exemple (figure 14), sur une fenêtre coulissante d’échelle supérieure à la taille des éléments de paysage et inférieure aux paysages (quelques dizaines de mètres pour des paysages à grain fin ; quelques centaines de mètres de côté pour de grands paysages assez homogènes) :
- La fréquence locale des différents éléments de paysage - La diversité en éléments de paysage (richesse relative) - La classe dominante
FIGURE 14 : INDICATEURS SECONDAIRES DE LA STRUCTURE SPATIALE DES ELEMENTS DE PAYSAGES DANS LA FCHS ; GAUCHE, CARTE D’OCCUPATION DU SOL (PIXELS DE 30 M), CENTRE : CARTE DE LA RICHESSE RELATIVE EN ELEMENTS DE PAYSAGES (FENETRE COULISSANTE 7X7), DROITE CARTE DE LA FREQUENCE LOCALE DE LA CLASSE FORET (FENETRE COULISSANTE 7X7) (ANDRIEU, 2016).
A cette même échelle, il est nécessaire de décrire le relief. La distinction de paysage est en trois dimensions, autre point que la très grande majorité des travaux d’écologie du paysage semble avoir oublié. La même fenêtre coulissante peut pour cela permettre de calculer (Figure 15) :
- Les pentes moyennes
- Les zones encaissées ou surplombantes - La rugosité du relief
- L’exposition (en prenant garde que l’exposition en degrés de boussole n’est pas une variable quantitative vu que 360 y est égal à 0 ; et en convertissant par exemple les degrés en une variable nord-sud quantitative qui ne différencie pas l’est et l’ouest).
FIGURE 15 : INDICATEURS SECONDAIRES DU RELIEF DANS LA FCHS ; GAUCHE, CARTE DES ALTITUDES (PIXELS DE 30 M), CENTRE : CARTE DE L’ECART TYPE DES ALTITUDES (FENETRE COULISSANTE 7X7), DROITE : CARTE DE L’ALTITUDE RELATIVE (ANDRIEU, 2016).
A une échelle encore inférieure, sont détectés les paysages caractérisés par les variables secondaires de la structure spatiale de l’occupation du sol et les variables topographiques secondaires. Sur la base de cet ensemble de variables descriptives du paysage, quantitatives et spatialisées, peuvent-être cherchées les limites dans la composition ou l’agencement. La méthode de la ligne de partage des eaux est ici employée. Pour cela, pour chaque variable, sera calculée la variance locale. Puis une moyenne pondérée des variances sera calculée. Sur la base de cette variance locale moyenne, seront détectées, à une échelle choisie par l’utilisateur, les zones homogènes dans leur composition en agencement et topographie. Entre deux zones de composition et d’agencement différents respectivement homogènes, la ligne de plus grande hétérogénéité qui les sépare est détectée et cartographiée. Sur la base des indicateurs listés précédemment et illustrés sur la Forêt classée du Haut Sassandra, en Côte d’Ivoire, la segmentation en paysage donne le résultat suivant. 150 entités paysagères d’échelle kilométriques relativement homogène sur la base des descripteurs du relief ou de l’organisation spatiale en éléments de paysages. Les limites entre deux paysages sont basées sur les lignes de plus grande hétérogénéité qui séparent ces entités homogènes c’est-à-dire là où une ou plusieurs variable(s) change(nt) brusquement (figure 16).
FIGURE 16 : SEGMENTATION DE PAYSAGES DANS LA FORET CLASSEE DU HAUT SASSANDRA. GAUCHE PAYSAGES SUR FOND D’OCCUPATION DU SOL ; DROITE, PAYSAGES SUR FOND TOPOGRAPHIQUE (ANDRIEU, 2016).
La carte de gauche montre la segmentation en environ paysages la zone de la Forêt classée du Haut Sassandra affichant, en fond non pas l’un des indicateurs mais l’image brute d’origine, une carte d’occupation du sol à échelle des éléments de paysages (Pixels de 30 mètres). Le zoom permet d’illustrer avec le segment paysager n°1 : une matrice agricole ponctuée d’un petit nombre petites taches compacts de sol nu et de moyenne taches de formes plus allongées et plus complexes de forêt. Au sud-est et au nord-ouest, les paysages n°1 et n°3 appartiennent à un même type : une matrice agricole ponctuée d’un petit nombre petites taches compacts de sol nu et d’un assez grand nombre de moyenne à grandes taches de formes complexes de forêt. Les mêmes segments sont, sur la carte de droite affichés sur un fond topographique. On voit sur le zoom la contribution du relief à droite avec le segment n°4 clairement délimité par son encaissement (bas-fond) suivi le segment n°5 en versant légèrement vallonné et du segment 6 de type interfluve9. Nb : Cette méthode, dont le principe de base a été publiée dans Andrieu et al., 2014 B sera présentée dans son application à la typologie de versants et non à la typologie de paysages à SAGEO 2016 (Andrieu, 2016 C). Une publication sur l’application aux paysages est prévue.
Cette présentation de l’analyse spatiale des écosystèmes et des paysages a cherché à démontrer que, quelle que soit l’échelle ou l’objet d’étude, les sciences fondamentales ou appliquées n’utilisent généralement qu’assez peu ou assez mal les outils de l’analyse spatiales, soit parce qu’elles sont bloquées dans un carcan paradigmatique (tabou d’une carte des habitats qui ne soit pas issue du terrain et d’une approche rigoureusement phytosociologique) ou dans des applications d’ingénierie territoriales que des bureaux d’études ont proposé (peut-être un peu
9 Cette approche, longuement murie dans les interstices où la carrière d’enseignant chercheur permet de réfléchir à une question fondamentale hors projet de recherche, est comme dit plus haut la réponse à une question que Michel Godron m’a posée il y a longtemps et que je l’ai entendu poser des dizaines de fois à des chercheurs de nationalités et disciplines différentes. Je lui ai présentée en aout 2016 et j’ai eu l’honneur de recevoir (enfin) un satisfecit de sa part sur ce point, une communication a été acceptée à Sageo 2016 et un article est prévu.
rapidement) aux collectivités territoriales qui nécessitaient des cartes des trames vertes et bleues. Or, une réflexion rigoureuse sur les spatialités de ces objets associée à des applications d’analyses spatiales mêmes permettent, à mon avis, d’excellents résultats et ces méthodes méritent une plus grande attention de la part des biogéographes français.