SOMMAIRE
RESUME ... I ABSTRACT ... II REMERCIEMENTS ... III SOMMAIRE ... V LISTE DES FIGURES ... VIII LISTE DES TABLEAUX ... IX LISTE DES PHOTOS ... IX LISTE DE PUBLICATIONS ... XI LISTE DES ABBRÉVIATIONS ... XII
CHAPITRE I. INTRODUCTION GENERALE ... 1
I.1. CONTEXTE GENERAL ... 1
I.1.1. Le feu de végétation, partie intégrante des paysages de savane tropicale... 1
I.1.2. Le feu de végétation, une variable bioclimatique ... 2
I.1.3. Le feu de végétation, outil d'exploitation et de gestion des savanes ... 3
I.2. PROBLEMATIQUE DES FEUX D'AMENAGEMENT DANS LE PARC W ... 5
I.3. HYPOTHESES ET OBJECTIFS DE LA THESE ... 7
I.4. STRUCTURE DE LA THESE ... 8
I.5. ETAT DE L'ART ... 10
I.5.1. Ecologie des écosystèmes de savane ... 10
I.5.2. Ecologie du feu ... 16
I.6. ZONE D'ETUDE ... 27
I.6.1. Situation géographique ... 27
I.6.2. Milieu physique ... 28
I.6.3. Milieu vivant ... 32
I.6.4. Cadre institutionnel et politique de gestion par le feu ... 35
I.7. APPROCHE METHODOLOGIQUE ... 39
I.7.1. La télédétection dans le suivi du phénomène feu ... 39
I.7.2. Approche de cartographie des surfaces affectées par le feu ... 43
I.7.3. Apports de l'écologie du paysage dans l'étude des feux ... 49
I.7.4. Echantillonnage et Analyse des données ... 58
CHAPITRE II. CARACTERISATION DE L’ACTIVITE DU FEU PAR CARTOGRAPHIE DES EMPREINTES DU FEU D’AMENAGEMENT A L’AIDE DE L’IMAGERIE SATELLITAIRE MODIS A MOYENNE RESOLUTION DANS LE PARC REGIONAL DU W AU NIGER ... 69
II.1. INTRODUCTION ... 69
II.2. MATERIELS ET METHODES ... 70
II.2.1. Zone d’étude ... 70
II.2.2. Les données MODIS ... 72
II.2.3. Extraction des surfaces brûlées ... 74
II.2.4. Validation de la classification... 74
II.2.5. Elaboration des cartes de feu et analyse de l'activité du feu ... 75
II.2.6. Activité du feu et conditions environnementales ... 76
II.3. RESULTATS ... 78
II.3.1. Cartographie des SAF... 78
II.3.2. Distribution spatio-temporelle des SAF ... 80
II.4. DISCUSSION ... 87
II.4.1. Cartographie des surfaces brûlées ... 87
II.4.2. Caractérisation de l’activité du feu ... 87
Influence des feux sur la végétation ligneuse en zone semi-aride: cas du Parc du W au Niger
vi DIOUF A. 2012
CHAPITRE III. RELATIONSHIPS BETWEEN FIRE HISTORY, EDAPHIC FACTORS AND WOODY VEGETATION STRUCTURE AND COMPOSITION IN A SEMI-ARID SAVANNA
LANDSCAPE (NIGER, WEST AFRICA). ... 91
III.1. ABSTRACT ... 91
III.2. RESUME : ... 92
III.3. INTRODUCTION ... 93
III.4. METHODS ... 94
III.4.1. Study area ... 94
III.4.2. Fire history maps ... 95
III.4.3. Sampling and field data collection ... 97
III.4.4. Field data processing ... 97
III.4.5. Statistical analyses ... 97
III.5. RESULTS ... 99
III.5.1. Fire regime ... 99
III.5.2. Determinants of floristic composition ... 100
III.5.1. Variations of woody vegetation structure ... 105
III.6. DISCUSSION ... 108
III.7. ACKNOWLEDGEMENTS ... 111
CHAPITRE IV. EVALUATION DES EFFETS DU FEU D’AMÉNAGEMENT SUR LA DIVERSITÉ LIGNEUSE DES PAYSAGES SEMI-ARIDES DANS LE PARC NATIONAL DU W DU NIGER (SUD-OUEST NIGER). ... 113
IV.1. RESUME ... 113
IV.2. ABSTRACT ... 113
IV.3. INTRODUCTION ... 114
IV.4. MATERIELSETMETHODES ... 115
IV.4.1. Zone d’étude ... 115
IV.4.2. Collecte des données ... 116
IV.4.3. Analyses des données ... 116
IV.5. RESULTATS ... 118
IV.5.1. Communautés floristiques et régimes du feu... 119
IV.5.2. Traits biologiques et affinités chorologiques des espèces ... 120
IV.5.3. Espèces indicatrices des communautés ... 121
IV.5.1. Diversité floristique ... 123
IV.6. DISCUSSION ... 127
CHAPITRE V. EVALUATION DES EFFETS DU FEU D’AMÉNAGEMENT SUR LA STRUCTURE DENDROMÉTRIQUE DES SAVANES SEMI-ARIDES DANS LE PARC NATIONAL DU W DU NIGER (SUD-OUEST NIGER). ... 131
V.1. RESUME ... 131
V.2. ABSTRACT ... 131
V.3. INTRODUCTION ... 132
V.4. MATERIELS ET METHODES... 133
V.4.1. Zone d’étude ... 133
V.4.2. Collecte des données ... 134
V.4.3. Calcul des paramètres structuraux ... 134
V.4.4. Ordination des relevés ... 135
V.4.5. Description de la structure dendrométrique ... 135
V.4.6. Relation d’allométrie ... 136
V.5. RÉSULTATS ... 137
V.6. DISCUSSION ... 146
CHAPITRE VI. CARACTERISATION DE LA STRUCTURE SPATIALE DES INDIVIDUS LIGNEUX DANS UNE "BROUSSE TACHETEE" AU SUD-OUEST DU NIGER. ... 148
VI.1. RESUME ... 148
VI.2. ABSTRACT ... 148
VI.3. INTRODUCTION ... 149
VI.4. METHODES... 150
VI.4.1. Site d’étude ... 150
VI.4.2. Collecte des données ... 151
VI.4.3. Analyse des structures spatiales ... 152
VI.5. RESULTATS ... 153
VI.5.1. Caractéristiques du peuplement ligneux ... 153
VI.5.2. Analyse des courbes L(r) ... 153
VI.5.1. Analyse des courbes Lij (r) ... 156
VI.6. DISCUSSION ... 157
VI.7. REMERCIEMENTS ... 160
CHAPITRE VII. DISCUSSION GENERALE, CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES ... 161
VII.1. APPROCHE METHODOLOGIQUE ... 162
VII.1.1.Adéquation de l'approche d'évaluation multi-échelle et pluridisciplinaire ... 163
VII.1.2.Télédétection et cartographie des feux ... 164
VII.2. CARACTERISTIQUES DE L'ACTIVITE DU FEU ... 165
VII.3. FEU ET STABILITE DES ECOSYSTEMES SEMI-ARIDES ... 167
VII.3.1.Sélection floristique et Structuration de la végétation ligneuse ... 168
VII.3.2.Stratégies des ligneux face aux feux ... 170
VII.4. IMPLICATIONS POUR LA GESTION ... 173
VII.5. LIMITES DE L'ETUDE ET PERSPECTIVES ... 174
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 177
ANNEXES ... 203
ANNEXE 1.CARACTERISTIQUES DE QUELQUES CAPTEURS EN TELEDETECTION OPTIQUE ... 203
ANNEXE 2.EXEMPLE DE QUELQUES PRODUITS DE FEU ACTUELLEMENT DISPONIBLES. ... 204
ANNEXE 3.LISTE FLORISTIQUE DE LA VEGETATION LIGNEUSE DES SAVANES SEMI-ARIDES SOUMISES AUX FEUX DANS LE PARC NATIONAL DU W DU NIGER. ... 205
ANNEXE 4.VALEURS INDICATRICES DES ESPECES LIGNEUSES DANS LES 4 COMMUNAUTES FLORISTIQUES ... 207
Influence des feux sur la végétation ligneuse en zone semi-aride: cas du Parc du W au Niger
viii DIOUF A. 2012
L ISTE DES F IGURES
Figure I.1. Structure de la thèse. ... 9
Figure I.2. Carte de la distribution mondiale des écosystèmes de savane tropicale ... 11
Figure I.3. Principaux faciès de savanes tropicales africaines dans le continuum.. ... 12
Figure I.4. Les différents concepts du feu à diverses échelles spatiales et temporelles, et leurs principaux facteurs déterminants ... 18
Figure I.5. Les différentes relations plausibles entre les principales composantes d'un environnement pyrophile et les paramètres mis en jeu. ... 22
Figure I.6. Localisation géographique du parc National du W du Niger (PNWN). ... 27
Figure I.7. Variation du bilan climatique dans la zone d'étude le long d'un gradient latitudinal. ... 29
Figure I.8 Variation de la température (T), de l'humidité relative de l'air (Hr) et de la vitesse du vent.. ... 29
Figure I.9. Réseau hydrographique et mares du Parc National du W du Niger. ... 30
Figure I.10. Topographie au sein du Parc National du W du Niger. ... 31
Figure I.11. Carte de la végétation du Parc National du W du Niger. ... 33
Figure I.12. La représentation d'une mosaïque paysagère selon le modèle "Tache-Corridor-Matrice". ... 51
Figure I.13. Définition d'une tache dans une donnée au format raster (matrice de pixels).. ... 52
Figure I.14. Illustration dans les dimensions spatiale (à gauche) et temporelle (à droite) des concepts d'étendue, de grain ou support et de couverture. ... 55
Figure II.15. Potentiel hydrique ou indice d'humidité topographique HAND ... 71
Figure II.16. Procédures de validation des cartes de feu MODIS 250 m: Diagramme de dispersion et droite de régression linéaire des proportions de surface affectée par le feu. ... 78
Figure II.17. Procédures de validation des cartes de feu MODIS 250 m: validation croisée des cartes de surface affectée par le feu détectée ... 79
Figure II.18. Variation intermensuelle et valeur cumulée de la surface moyenne affectée par le feu. ... 81
Figure II.19. Distribution des taches de feu précoce et tardif au cours d'une saison de feu. ... 82
Figure II.20. Cartes de distribution spatiale de la fréquence du feu ... 83
Figure II.21. Variation de la surface moyenne mensuelle affectée par le feu en fonction de la fréquence des feux. ... 84
Figure II.22. Cartes de distribution spatiale de la fréquence des feux ... 85
Figure II.23. Courbes de régression linéaire simple entre la pluviométrie annuelle et les proportions de surfaces affectées par les feux annuels, l'indice HAND et la proportion moyenne de SAF saisonnières. ... 86
Figure III.24. Map of fire frequency and timing.. ... 96
Figure III.25. Final structural equation models with standardized path coefficients.. ... 103
Figure III.26. Constrained ordination of the floristic plots with correlation of significant environmental variables ... 105
Figure III.27. Species distributions along the Canonical Correspondance Analysis (CCA) first two axes. ... 106
Figure III.28. Constrained ordination (RDA) of the plots following structural parameters of the woody vegetation and correlation with significant environmental variables... 107
Figure IV.29. Premier plan factoriel de l’Analyse des Correspondances Redressée (ACR) et leurs corrélations (gradients) avec les variables feu et les communautés floristiques ... 120
Figure IV.30. Histogramme de distribution des espèces ligneuses au sein des familles floristiques composant la flore étudiée ... 121
Figure IV.31. Amplitude écologique (ou Tolérance) des espèces ligneuses savanicoles du Parc National du W le long du gradient de fréquence et de saisonnalité du feu ... 122
Figure IV.32. Courbes d’interpolation de la richesse spécifique observée sur le nombre total d’espèces attendu (SObs Mao Tau), de la richesse spécifique estimée par l’estimateur Chao 1 ŜChao1, des singletons et doubletons en fonction de l’effort d’échantillonnage. ... 124
Figure IV.33. Comparaison deux à deux des courbes de raréfaction des communautés floristiques. ... 125
Figure IV.34. Courbes cumulatives en fonction de l’effort d’échantillonnage des indices de diversité et d’équitabilité ... 126
Figure V.35. Plan factoriel de l’Analyse en Composantes Principales (ACP) et les profils structuraux. ... 138
Figure V.36. Histogrammes de la distribution de fréquence des classes de hauteur et de diamètre des individus ligneux (toutes espèces confondues). ... 141
Figure V.37. Premier plan factoriel de l’Analyse factorielle des correspondances (AFC) pour le diamètre et la hauteur. ... 143
Figure V.38. Courbes d’allométrie Hauteur/Diamètre des quatre communautés ligneuses ... 144
Figure VI.39. Carte de distribution des espèces ligneuses abondantes. ... 152
Figure VI.40. Fonctions L(r) de Besag (1977) de la distribution spatiale des espèces ligneuses ... 155
Figure VI.41. Fonctions intertypes Lij(r) de Lotwick et Silverman (1982) de la distribution interspécifique des espèces ligneuses ... 156
L ISTE DES T ABLEAUX Tableau I.1. Plan de brûlis préconisé par les gestionnaires du Parc W. ... 37
Tableau II.2. Estimation des surfaces affectées par le feu ... 80
Tableau III.3. Variable significance and importance to explain the woody vegetation species composition and structure data variance in CCA and RDA. ... 101
Tableau III.4. Summary of CCA and RDA.. ... 102
Tableau III.5. Soil effects on fire, woody vegetation composition (Flora) and structure. ... 103
Tableau III.6. Global fit indices for the final structural equation models in which soil is predictor ... 104
Tableau IV.7. Composition taxonomique, Affinités chorologiques et Types biologiques de la flore ligneuse totale et des communautés floristiques ... 119
Tableau IV.8. Valeurs des indices de diversité spécifique (1/D), d’équitabilité (E1/D) et de similarité (CMH) ... 123
Tableau IV.9. L’indice de diversité Beta (β = 1- CMH). ... 126
Tableau V.10. Coefficient de corrélation de Pearson (r) entre les principaux axes de l’Analyse en Composantes Principales (ACP) et les variables structurales et environnementales. ... 139
Tableau V.11. Caractéristiques dendrométriques des communautés.. ... 139
Tableau V.12. Résultats de l’analyse log-linéaire par maximum de vraisemblance appliquées aux fréquences absolues observées et théoriques des classes de diamètre et de hauteur (ddl = degré de liberté). ... 140
Tableau V.13. Paramètres de forme (α) et d’échelle (β) de la distribution théorique tronquée de Weibull ajustée aux structures en diamètre et en hauteur des communautés. ... 142
Tableau V.14. Régressions linéaires sur les logarithmes népériens de la hauteur H et du diamètre D... 145
Tableau VI.15. Caractéristiques floristiques de la végétation ligneuse d’une brousse tachetée ... 154
Tableau VI.16. Synthèse des structures spatiales intraspécifiques de la végétation ligneuse d’une brousse tachetée ... 154
Tableau VI.17. Synthèse des structures spatiales interspécifiques de la végétation ligneuse d’une brousse tachetée. ... 157
L ISTE DES P HOTOS Photo I.1. Début d'un feu précoce. ... 38
Photo I.2. La végétation ligneuse d'une savane arbustive, deux jours après le passage d'un feu précoce. ... 38
Photo I.3. Nouvelles repousses des ligneux et des graminées pérennes après le passage d'un feu précoce ... 38
Photo I.4. Aspect d'une savane arbustive après le passage d'un feu tardif ... 38
Photo VI.5. Vue aérienne oblique d’une brousse tachetée ... 151
Photo VII.6. Création d'une mosaïque de tâches brûlées et non brûlées par un feu précoce ... 167
