i DJIBU Jean Pierre
DEDICACE
A mon épouse Sylvie-Rose Nyembwe Ngalula
A mes enfants
Djibu Kabulu Fumu
Djibu Kalenga Bandaile Djibu Kela Ina Mizo
Djibu Ngandu Mngao
Djibu Nyembwe Muko
Djibu Bitone Ami Tutu
Je dédie ce travail
« Maana ya tabu ni furaha” Proverbe swahili.
ii DJIBU Jean Pierre
REMERCIEMENT
Dans un premier temps, je tiens à remercier le Professeur Marjolein VISSER d’avoir accepté et pris le relais en tant que promoteur et la confiance qu’elle m’a accordée.
Je tiens à remercier tout particulièrement mon maître de formation, le Professeur Jan BOGAERT, Professeur à l’Université de Liège, pour sa disponibilité, son encadrement et tout le professionnalisme dont il a fait preuve pendant ma formation doctorale.
Je voudrais également remercier mon tuteur universitaire, le Professeur Michel NGONGO, Professeur à l’Université de Lubumbashi, pour son aide précieuse, pour sa confiance à mon devenir, ainsi que pour sa disponibilité.
Je remercie également toutes les personnes qui ont contribué au bon déroulement de cette thèse que ce soit au sein de la Faculté des Sciences ou du Service d’écologie du paysage et système de production végétale.
Je me dois enfin de remercier le gouvernement congolais et les organismes de bourses belges, plus particulièrement la Coopération Technique Belge qui a assuré l’essentiel du financement du doctorat, et aussi la Fondation Alice Vander Bureen pour une bourse fin thèse.
A vous tous enfin, veuillez bien trouver ici notre reconnaissance et notre gratitude. Que chaque lecteur trouve dans ces pages de quoi nourrir son intelligence et ranimer sa curiosité.
Merci à tous.
iii DJIBU Jean Pierre
TABLE DES MATIÈRES
DEDICACE ...i
REMERCIEMENT ... ii
TABLE DES MATIÈRES ... iii
LISTE DES FIGURES ...vi
LISTE DES TABLEAUX ...vii
PREMIERE PARTIE : INTRODUCTION ...1
CHAPITRE I : CONTEXTE GÉNÉRAL...2
I.1. Problématique de déforestation...2
I.1.1. Contexte général ...2
I.1.2. Déforestation tropicale ...4
I.1.3. Déforestation en République Démocratique du Congo...5
I.2. Principes de l’écologie du paysage ...14
I.2.1. Ecologie du paysage: historique et définition...14
I.2.2. Paysage: Définition et éléments...15
I.2.3. Structure spatiale et processus écologiques...21
I.2.4. Indices de configuration et de composition...23
I.3. Cartographie numérique comme outils en écologie du paysage...24
I.4. Milieu d’étude...25
I.4.1. Localisation...25
I.4.2. Aspects climatologiques...25
I.4.3. Aspects géologies, pédologiques et géomorphologies...26
I.4.4. Végétation...31
I.4.5. Perturbations et actions anthropiques...40
I.5. Hypothèses et objectifs de la thèse...41
I.6. Plan de la thèse...43
DEUXIEME PARTIE : ETUDES...44
CHAPITRE II: FRAGMENTATION OF FOREST LANDSCAPES IN CENTRAL AFRICA: CAUSES, CONSEQUENCES AND MANAGEMENT...45
II.1. Références...45
II.2. Abstract...45
II.3. Résumé ...46
II.4. Fragmentation of forets in central Africa : facts, figures and possibles causes...47
II.5. The impact of shifting agiculture on forest succession and land cover dynamics in the Bas Congo province (Democratic Republic of the Congo)...53
II.6. Forest conservation to preserve indicator species in central Africa...59
II.7. Implications for management ...64
II.8. Conclusions...67
II.9. Acknowledgements ...68
CHAPITRE III : ANALYSE DE LA STRUCTURE SPATIALE DES FORÊTS AU KATANGA...69
III.1. Référence ...69
III.2. Résumé ...69
III.3. Abstract...70
III.4. Introduction...70
III.5. Matériels et methodes...72
III.5.1. Données cartographiques...72
iv DJIBU Jean Pierre
III.5.2. Indices de structure spatiale...72
III.6. Résultats...75
III.7. Discussions ...77
III.8. Conclusion ...79
CHAPITRE IV: MULTI SCALAR ANALYSIS OF THE SPATIAL PATTERN OF FOREST ECOSYTEM IN CENTRAL AFRICA JUSTIFIED BY THE PATTERN/PROCESS PARADIGM : TWO CASE STUDIES ...80
IV.1. Référence ...80
IV.2. Abstract...80
IV.3. Introduction: Landscape ecology and tropical forest ecology ...81
IV.4. Forest definition and its impact on fragmentation assessment in the Katanga province (Democratic Republic of the Congo) ...84
IV.4.1. Context, data set and methods ...84
IV.4.2. Results and discussion...87
IV.5. Forest structure and its impact on understory diversity in Bururi forest Nature Reserve (Burundi) ...90
IV.5.1. Context, data set and methods ...90
IV.5.2. Results and discussion...92
IV.6. Conclusions...95
IV.7. Acknowledgements ...96
CHAPITRE V: DEFORESTATION IN CENTRAL AND WEST AFRICA: LANDSCAPE DYNAMICS, ANTHROPOGENIC EFFECTS AND ECOLOGICAL CONSEQUENCES...97
V.1. Référence ...97
V.2. Abstract...97
V.3. Introduction...98
V.4. Mining activities and potential forest loss in the Katanga Province (Democratic Republic of the Congo)...102
V.4.1. Context, data set and methods ...102
V.4.2. Results and discussion...103
V.5. Selective deforestation and its consequences for the Elaphrodes lactea caterpillar in the hinterland of Lubumbashi (Democratic Republic of the Congo) ...105
V.5.1. Context, data set and methods ...105
V.5.2. Results and discussion...107
V.6. Potential impact of deforestation on indicator species (Caesalpinioideae) of the Ndjele phytogeographic system in Katanga (Democratic Republic of the Congo) ...109
V.6.1. Context, data set and methods ...109
V.6.2. Results and discussion...109
V.7. Influence of deforestation on soil carbon stocks at Yangambi (D.R.Congo)...112
V.7.1. Context, data set and methods ...112
V.7.2. Results and discussion...113
V.8. Modeling spatial pattern dynamics of a forest landscape in a forest-savannah transition zone of eastern Ivory Coast ...114
V.8.1. Context, data set and methods ...114
V.8.2. Results and discussion...116
V.9. Conclusions...118
V.10. Acknowledgements ...118
CHAPITRE VI: ECOLOGICAL IMPACT OF HABITAT LOSS ON AFRICAN LANDSCAPES AND BIODIVERSITY...119
VI.1. Référence ...119
VI.2. Abstract...119
VI.3. Area change as a key element of landscape transformation...120
v DJIBU Jean Pierre
VI.3.1. Spatial pattern of landscapes...120
VI.3.2. Landscape transformation processes...120
VI.3.3. An example of forest degradation in Central Benin...122
VI.3.4. Fragmentation and the edge effect: evidences from the Masako Forest Reserve (Democratic Republic of the Congo)...124
VI.4. Habitat loss caused by anthropogenic structures: road systems ...129
VI.4.1. Impacts of roads on fauna...129
VI.4.2. Road systems causing edge effects: estimating the potential impact of road network development in Kambove (Democratic Republic of the Congo) ...130
VI.4.3. Accessibility by roads as a trigger of landscape dynamics exemplified by deforestation patterns in Lubumbashi (Democratic Republic of the Congo) ...133
VI.5. Habitat loss caused by anthropogenic structures: expansion of urban areas...136
VI.5.1. Urban growth trends and their impacts on landscape pattern and ecology ...136
VI.5.2. Urban growth, demographic pressure and deforestation in Kisangani and Ubundu (Democratic Republic of the Congo) ...137
VI.6. Conclusions...139
VI.7. Acknowledgements ...141
CHAPITRE VII : IMPACTS DES ROUTES ET SITES MINIERS SUR LE PAYSAGE FORESTIER AU KATANGA...142
VII.1.Référence ...142
VII.2.Résumé ...142
VII.3.Abstract...143
VII.4.Introduction...143
VII.5.Matériels et méthodes...144
VII.6.Résultats...146
VII.7.Discussion...150
VII.8.Implication pour la conservation...152
VII.9.Remerciements...154
TROISIEME PARTIE : DISCUSSION, CONCLUSION ET PERSPECTIVES...155
CHAPITRE VIII : DISCUSSION...156
VIII.1. Déforestation, dégradation et fragmentation des forêts ...156
VIII.2.Quantification de la fragmentation du paysage ...157
VIII.3.Définition de la forêt et quantification de la fragmentation ...160
VIII.4.Facteurs et conséquences de l’anthropisation du paysage forestier...163
VIII.5.Quelques éléments pour une politique de conservation ...165
CHAPITRE IX : CONCLUSION ET PERSPECTIVES ...167
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES...171
ANNEXES : LISTE DES PUBLICATIONS ...199
vi DJIBU Jean Pierre
LISTE DES FIGURES
Figure I.1. Evolution et la répartition des superficies forestières au monde ...3
Figure I.2. Changement net annuel de la superficie forestière par région...3
Figure I.3. Taux de déforestation simulée ...4
Figure I.4. Répartition des superficies forestières en RDC ...7
Figure I.5. Concession minière ...10
Figure I.6. Exemple de chevauchements forêt et concessions minières...10
Figure I.7. Illustration d’une définition simple de « l’Ecologie du Paysage » ...15
Figure I.8. Interactions entre l’environnement et les pratiques humaines...17
Figure I.9. Illustration du paysage...18
Figure I.10 Démarche scientifique en écologie du paysage ...19
Figure I.11 Eléments de base d’un paysage...19
Figure I.12. Nouvelles approches quantitatives du paysage...20
Figure I.13. Eléments clés d’un système écologique ...21
Figure I.14. Illustration de la fragmentation ...22
Figure I.15. Composantes de l’hétérogénéité spatiale...23
Figure I.16. Eléments fondamentaux de la configuration spatiale...24
Figure I.17. Présentation Zone d'étude ...25
Figure I.18. Types climatiques au Katanga ...26
Figure I.19. Carte lithologique du Katanga ...28
Figure I.20. Types de sols du Katanga ...29
Figure I.21. Carte de relief du Katanga ...30
Figure I.22. Hydrographie du Katanga...31
Figure I.23. Types de végétation du Katanga ...32
Figure II.1. Forest area as a function of land area for Central African countries ...49
Figure II.2. Proportional forest cover as a function of population density for Central African countries...50
Figure II.3. Spatial processes in landscape transformation ...53
Figure II.4. Landscape transformation in the Bas Congo (a)...56
Figure II.5. Landscape transformation in the Bas Congo (b) ...57
Figure II.6. Examples of unique species and their number of samples...63
Figure III.1. Carte de l’occupation du sol du Katanga ...75
Figure III.2. Zone de dominance...76
Figure IV.1. Vegetation diversity in fallow land, dense forest and the fallow-forest edge zone in Yangambi et Yakonde ...82
Figure IV.2. The importance of spatial pattern for landscape and forest ecology ...82
Figure IV.3. Relative importance of five most cited plant families for collection of medicinal plants by the Havu, Pygms and Shi ethnic groups ...83
Figure IV.4. Spatial pattern of scorodophloens zenkeri as a function of tree diameter ...83
Figure IV.5. Illustration of the five forest definitions used in this study Katanga Province....86
Figure IV.6. Landscape metrics for the five-level aggregation gradient of forest definition in the Katanga Province...88
Figure IV.7. Impact of tree density on understory vegetal diversity for 12 plots in the Bururi Forest Nature Reserve (a). ...93
Figure IV.8. Impact of tree density on understory vegetal diversity for 12 plots in the Bururi Forest Nature Reserve (a) ...94
Figure V.1. Deforestation in Benin ...100
Figure V.2. Forest cover and mining activities in the Katanga province ...103
vii DJIBU Jean Pierre Figure V.3. Distribution of the 10 study sites of Elaphrodes lactea G. around the city of
Lubumbashi...107
Figure V.4. Covariation of densities over time (2004-2009) of two dominant miombo species in ten sites known for caterpillar occurrence in the woodlands near Lubumbashi ...108
Figure V.5. Spatial distribution of the Caesalpinioideae subfamily in the Katanga Province110 Figure V.6. Schematic representation of land cover dynamics due to shifting agriculture....113
Figure V.7. Soil carbon as a function of land cover type and soil depth in Yangambi...114
Figure V.8. Evolution of landscape composition for a forest-savannah transition zone in the Tanda region (Ivory Coast)...117
Figure VI.1. Landscape transformation processes and their impact on habitat area and on the number of habitat patches ...122
Figure VI.2. Forest cover disintegration in the Collines department (Benin) between 1972 and 2006 (a)...123
Figure VI.3. Forest cover disintegration in the Collines department (Benin) between 1972 and 2006 (b)...124
Figure VI.4. Comparison of rodent abundances between the fallow and the edge habitat in the Masako Forest Reserve (a) ...128
Figure VI.5. Comparison of rodent abundances between the fallow and the edge habitat in the Masako Forest Reserve (b) ...129
Figure VI.6. Potential edge effects as a consequence of road system development in the territory of Kambove ...132
Figure VI.7. Assessment of the ecological impact of a road system on forest habitats (territory of Kambove) ...133
Figure VI.8. Deforestation of woodland (miombo) around Lubumbashi ...135
Figure VI.9. Situation of the study area containing Kisangani and Ubundu...138
Figure VI.10. Deforestation rates between 1986 and 2001 in Kisangani and Ubundu...139
Figure VII.1. Evolution du réseau routier et localisation des sites miniers dans le territoire de Kambove...145
Figure VII.2. Conséquences potentielles d’effet de la largeur de la lisière...152
Figure VII.3. Evaluation de l’impact écologique du réseau routier et des sites miniers sur les habitats forestiers...149
Figure VII.4. Effets de routes minières sur l’habitat...152
Figure VIII.1. Facteurs et les conséquences de la déforestation au Katanga...161
viii DJIBU Jean Pierre
LISTE DES TABLEAUX
Tableau I.1. Superficies des forêts par pays ...6
Tableau I.2. Répartition de la couverture forestière à travers les provinces...6
Tableau I.3. Situation de l’affectation des permis miniers et de carrière ...9
Tableau I.4. Principaux agents de la déforestation...11
Tableau I.5. Causes de la déforestation au Katanga...12
Tableau I.6. Conséquences de la déforestation...12
Tableau III.1. Indices de configuration des classes...76
Tableau III.2. Indices de composition du paysage ...77
Tableau IV.1.Comparison of understory composition between plots with the same tree density and between plots with different tree densities in the Bururi Forest Nature Reserve....95
Tableau V.1. Extent of African forests from 1990 to 2005 ...100
Tableau V.2. Forest species subject to exploitation in the Yoko forest ...101
Tableau V.3. Spatial pattern data for the forest cover in the Katanga Province...104
Tableau V.4. Edge effect on rodent diversity in the Forest Reserve of Masako ...105
Tableau V.5. Habitat analysis for the five indicator species of the Caesalpinioideae subfamily for the Ndjele ...111
Tableau VI.1. Species captured in the Masako Forest Reserve ...127
Tableau VII.1. Indices de connectivité...147
Tableau VII.2. Simulations de lisières le long des routes et autours des sites miniers ...147
ix DJIBU Jean Pierre
LISTE DES PHOTOS
Photos I.1. Illustration des impacts anthropiques sur l’habitat au Katanga……… 8 Photo I.2. Forêt dense sèche à Cryptosepalum exfoliatum sur sable (néogène) de type Kalahari au Katanga (Photo Claire et Michel Schaijes)….………..33 Photo I.3. Forêt dense édaphique (Forêt galerie dans le cours inférieur de la Luanza) au Katanga (Photo Claire et Michel Schaijes)………. 34 Photo I.4. Forêt dense édaphique (Forêt marécageuse) au Katanga (Photo Claire et Michel Schaijes)………34 Photo I.5. Prairies aquatiques fixées oligotrophes à feuilles flottantes au Katanga méridional (Photo Claire et Michel Schaijes)……….35 Photo I.6. Prairie aquatique fixée mésotrophe à feuilles flottantes (à gauche) et Prairie aquatique fixée émergée (à droite) (Photo Claire et Michel Schaijes)……….35 Photo I.7. Forêts claires Miombo en saisons de pluie et sèche au Katanga méridional (Photo Claire et Michel Schaijes)……….36 Photo I.8. Hautes termitières du Miombo katangais (Photo Claire et Michel Schaijes)……...37
Photo I.9. Savane arborée alluviale au Katanga (Photo Claire et Michel Schaijes)………….38
Photo I.10. Savane. Savane du type «Dembo» (à gauche). Savanes steppiques des Hauts Plateaux (au centre et à droite) (Photo Claire et Michel Schaijes)……… 39 Photo VII.1. Illustration de l’anthropisation des écosystèmes forestiers au Katanga: dissection de la forêt par une route asphaltée (a) et par une route à terre battue (b). La photo (c) montre la savanisation tout au long d’une route minière abandonnée suite au ravinement, et la photo (d) montre la pollution de l’air et de végétation par les poussières le long des routes. Photos a, b et c: Djibu J.P. et photo d: Mahy G……….144
x DJIBU Jean Pierre
LISTE D’ABREVIATIONS
AVHRR: Advanced Very High Resolution Radiometer
ASTER: Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer BRLU: Herbarium of the Université Libre de Bruxelles
CAMI : Cadastre Minier congolais
CIUF: Conseil Interuniversitaire de la communauté française
CNUED: Conférence des Nations Unies sur l'Environnement et le Développement CTB: Coopération Technique Belge
CUD: Commission Universitaire pour le Développement FAO: Food and Agriculture Organization
FNRS: Fond National de Recherché Scientifique
FRIA: Fonds pour la formation dans l’Industrie et dans l’Agriculture.
FWO – Vlaanderen: Fonds Wetenschappelijk Onderzoek- Vlaanderen GPS : Global Positioning System
IFA : Institut Facultaire des Sciences Agronomiques de Yangambi IGBP: International Geosphere Biosphere Programme
IHDP : International Human Dimension of Global Environmental Change Programme INS : Institut National de Statistique au Congo
IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change ISEA: Institut Supérieur d’Etudes Agronomiques LCCS: Land Cover Classification System » LUCC: Land Use and Global land Cover Change » MFR: Masako Forest Reserve
MRAC: Royal Museum for Central Africa
NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration ONR: l’Office National des Routes Congolais
PANLCD :Programme d’action national de lutte contre la dégradation des terres et la déforestation.
PE : Permis d’Exploitation
PIC REMEDLU : Projet Interfacultaire ciblé, Remédiation des sols contaminés à Lubumbashi PNUD: United Nations Development Programme
PR : Permis de Recherche
RDC : République Démocratique du Congo SIG : Système d’Information Géographique
SLCD : Service Laïque de Coopération au Développement
SPIAF : Service Permanent d’Inventaire et d’Aménagement Forestier Congolais’
TIFF: Tag (ged) Image File Format
TREES: Tropical Ecosystem Environment Observations by Satellites UB : université du Burundi
ULB : Université Libre de Bruxelles
UNEP : United Nations Environment Programme
UNESCO : l’Organisation des Nations Unies pour l’Education, la Science et la Culture UPGMA: Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean
UNFCCC: United Nations Framework Convention on Climate Change UNFPA: United Nations Population Fund
UNIKIS: Université de Kisangani UNILU: Université de Lubumbashi
UTM: Universal Transverse Mercator coordinate system
xi DJIBU Jean Pierre
