Illustration des applications de la télédétection – Observations optiques et forêt

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Submitted on 5 Jun 2020

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Illustration des applications de la télédétection – Observations optiques et forêt

Dominique Guyon

To cite this version:

Dominique Guyon. Illustration des applications de la télédétection – Observations optiques et forêt.

Séminaire télédétection, prospective Inra, Jun 2013, Bordeaux, France. n.p. �hal-02802266�

prospective 2013 sur la télédétection à l’INRA séminaire 17-19 juin 2013, Bordeaux

Dominique Guyon INRA

Centre de Bordeaux-Aquitaine Unité de Recherche EPHYSE

illustration des applications de la télédétection

observations optiques et forêt

• Observations satellitaires: visible, proche et moyen infrarouge HRS: Haute (10-60m) et Très Haute (<5m) Résolution spatiale

Pixel ≤ peuplement, parcelle, arbre Etendue: forêt/massif à région

& Assez faible fréquence d’acquisition des images ou Programmation Capteurs: Spot5 HRG, Landsat TM, Pleiades, ….

Variables utilisées

-Réflectance panchromatique/multispectrale, corrigée ou non des effets atmosphériques

Données épisodiques: état à une date, changement entre 2.

HFT: Haute Fréquence Temporelle d’acquisition des images (~1j)

& Basse résolution spatiale (250m-1000m)

Pixel > peuplement, parcelle Etendue: Totalité des territoires

Capteurs: Spot-VEGETATION, MODIS, ….

Variables utilisées: produits de niveau 2 et 3

-réflectance multispectrale / filtre nuages + effets atmosphériques + effets directionnels -indices de végétation (NDVI, EVI, …) , LAI , Fcover, FaPAR

Séries temporelles: suivi / saison végétation / ± long terme

>2014 : haute résolution

spatiale (10- 60m) Sentinel-2

→ Suivi spatio-temporel de la ressource/production forestière : HRS

Coupes rases, dégâts de tempêtes, structure forestière, biomasse, …

→ Suivi spatio-temporel de la dynamique saisonnière de la végétation: HFT

Cycle phénologie foliaire / datation phénologie, développement foliaire, cartographie d’espèces

→ Détection/Indicateurs/Suivi de perturbations : HRS et HFT Sécheresse, ravageurs, …

Défoliations, Dépérissements, Mortalités de grande ampleur en intensité ou étendue ou durée

• Exemples de produits pour des applications spécifiques aux forêts : opérationnel ou en développement

- Evènements extrêmes:

Sécheresse, Canicule, Tempêtes, ….

-Changement Climatique -….

Gestion/Aménagement x Climat/Environnement x Aléas biotiques

coupes

reboisement

….

Défoliateurs (Processionnaire, Bombyx, …)

Ou non (Scolytes, ….)

….

Impacts / Réponse des couverts forestiers

HRS- Suivi spatio-temporel de la ressource/production forestière

Cf exposé introductif de T. Belouard (IGN) à l’atelier 3 Forêt (mardi 18 juin 2013)

• Coupes rases, dégâts de tempêtes, structure forestière, biomasse, …

• Approches multisource: x télédétection, données in situ, modèles (allométrie, tarifs, croissance, …) , ….

Exemple: Cartographie de changements forestiers brutaux (gestion, accidents) Coupes rases: Massif landais, Limousin

Tempêtes de 1999 et 2009: Massif Landais, Vosges

R&D: IGN (IFN),

Recherche: INRA, Cemagref (IRSTEA)

Changements radiométriques interannuels/ avant-après Landsat TM, Spot5 : 10-30m

Points clefs

-> Applications opérationnelles

-> Transposées, adaptées: Massif Landais -> systèmes forestiers plus complexes -> Evaluation de la précision thématique et cartographique

-> Amélioration permanente: Capteurs (résolution spatiale), méthodes de traitement

Coupes rases annuelles sur le Massif Aquitain de pin maritime: 1984-2008

Coupes rases détection / année

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998/1999

2001 2002 2003

Avant 1990 (INRA)

Tempêtes décembre 1999

Une image Landsat TM (30m) par an

Coupes < 1 ha non détectées ~10% surface exploitée ^{2 000}₀

4 000 6 000 8 000 10 000 12 000 14 000 16 000

Moyenne 1990 - 1994

Moyenne 1995 -1999

2000 - 2001 2001 - 2002 2002 - 2004 2004 - 2005 2005 - 2006

ha/an

Gironde Landes Lot-et-Garonne

Distribution des surfaces coupées par département de 1990 à 2006 Illustration sur un secteur

Vers quelles innovations?

Très Haute Résolution spatiale Pleiades (50cm/2m)

Attentes: amélioration de la précision cartographique et augmentation de l’information thématique

Exemples de travaux en cours sur Massif landais de pin maritime:

• Texture

structure forestière

changements (coupes, tempêtes)

thèse B.Béguet, 2011-2013, INRA/ENSEGID

thèse O.Régniers, 2012-2014, IMS/BxScienceAgro

• Stéréoscopie

Modèle numérique de canopée -> hauteur peuplement -> biomasse, volume

Etude du Projet APSAT/SUDOE-Feder, 2012-2013, responsable: IGN (T.Bélouard et al.)

Béguet et al. ISPRS 2012 Béguet (thèse en prép.)

ONF Télédétection

Défoliations chêne Bombyx disparate – Forêt indivise de Haguenau 1993/1994

Deshayes et al., 2006

HRS- Détection/Indicateurs/Suivi de perturbations

Dégâts massifs, ~bien circonscrits dans le temps et d’origine simple

Landsat TM (30m): Changement radiométrie avant/après

Dépérissement du chêne en forêt de Vierzon

Dégâts d’origine complexe, progressifs et récurrents

Etude ONF R&D (Jolly et al. 2011)

Etat mono-date (car pas d’état initial clair et risque confusion coupes sanitaires) Image IKONOS (4m)

HFT- Suivi spatio-temporel de la dynamique saisonnière de la végétation

Fisher et al. (2007)

Sortie des feuilles

Variable indicatrice du développement foliaire

Sénescence

Indice de végétation PVI

Anomalie: canicule 2003

HFT- Suivi spatio-temporel de la dynamique saisonnière de la végétation

-

Ex: Gradient altitudinal de la date de débourrement des forêts feuillues vu par l’indice de végétation PVI issu de VEGETATION (1km, 10j)

- QUANTIFICATION DES DÉFICITS FOLIAIRES

Ex: À partir produits LAI issus de VEGETATION (CYCLOPES, GEOV1) : 1km, 10jours

LAI Cyclopes intégré sur la période de croissance

Samalens, Guyon et al., 2012

-

Impact à court terme sur la dynamique foliaire saisonnière Exemple: Sécheresses 2003, 2011

Indicateurs d’anomalie saisonnière du signal de télédétection

Séries temporelles MODIS (250m à 1km), VEGETATION (1km): >10 ans Large échelle

Points clefs:

-> Validation des cartes d’anomalies produites

ex: experts observation terrain <-> télédétection

HFT - Détection/Indicateurs/suivi de perturbations

Sécheresse vue par MODIS: anomalie de l’indice de végétation EVI (JC Samalens, INRA Ephyse)

-2 -1 0 1 2 Déficit 2011 de l'indice de végétation (EVI)

Sécheresse vue par SMOS

(Avril 2011) Sécheresse vue par MODIS (Juillet 2011)

Anomalie du EVI

JC Samalens, INRA Ephyse, 2011

Sécheresse vue par MODIS: anomalie de l’indice de végétation EVI: Canicule 2003

(Samalens, Guyon et al., 2012, IGARSS)

ground-based (DSF)

MODIS EVI Index Anomaly

Validation des cartes d’anomalie produites

- INSECTES RAVAGEURS

Dégâts massifs et pas bien circonscrits dans le temps

- Exemple: Défoliation massive par Processionnaire du pin

Massif landais, post tempête 2009 Collaboration INRA et DSF

- Indicateur multi annuel d’anomalie saisonnière du signal de télédétection Série temporelle MODIS (250m), 10 ans

Echelle: paysage à région - Points clefs:

-> Développement méthodologique: recherche, R&D

-> Biologie du ravageur : dynamique multiannuelle des populations , nature des dommages

-> Interaction autres perturbations

-> Approche empirique: Calibration nécessaire -> Validation cruciale

HFT- Détection/Indicateurs/suivi de perturbations

Défoliation massive dans le massif de pin maritime aquitain en 2009-2010 par la Processionnaire du Pin (PP)

Culmination de la pullulation

de la PP en 2009-2010 ?

Défoliations à dire d’expert par quadrat 16*16 km

Réseau national de placettes de suivi de la PP

Bories et al., 2012

Baisse hivernale sensible de l’indice de végétation EVI des peuplements défoliés

Corrélation entre le taux de défoliation (DR) observé et l’indicateur d’anomalie WAM de l’EVI

Modèle empirique de prédiction de DR

• Impact de la défoliation sur la dynamique saisonnière du signal de télédétection

Indice de végétation EVI

Série de données satellitaires MODIS (produit MOD13Q1: 250m, 16jours) 2001 – 2011

Bories et al., 2012

• Application de l’indicateur de défoliation et évaluation sur un quadrat 16*16km

Taux de défoliation estimé par télédétection Taux de défoliation estimé au sol

La structure spatiale de la défoliation à l’échelle du paysage est bien restituée par télédétection

Perspectives d’application régionale

Opérationnel: R&D

Développements spécifiques ↔ Utilisateurs/Applications finaux/ales Approches multi-sources

Technologie (capteurs, outils) évolue vite

Gains en résolution spatiale et fréquence temporelle

Conclusion