OUTIL DE GESTION DU CARIBOU
DU NOUVEAU-QUÉBEC
EXEMPLE DE LA CARTOGRAPHIE
MULTITEMPORELLE DU COUVERT NEIGEUX ET PERSPECTIVES DE DÉVELOPPEMENT
par Luc St-Pierre Maryse Pinsonneault et Jean-Marie M. Dubois
pour le ministère du Loisir, de la Chasse et de la Pêche Mai 1987
Québec
ananLA TÉLÉDÉTECTION : OUTIL DE GESTION DU CARIBOU DU NOUVEAU-QUÉBEC.
EXEMPLE DE LA CARTOGRAPHIE MULTITEMPORELLE DU COUVERT NEIGEUX ET PERSPECTIVES DE DÉVELOPPEMENT
par LucSt-Pierre Maryse Pinsonneault et Jean-Marie M. Dubois
CARTEL
(Centre d'Applications et de Recherches en Télédétection) Université de Sherbrooke
Sherbrooke, Que.
J1K 2R1
Rapport 87-R-14
1987
RÉSUMÉ
St-Pierre, L., M. Pinsonneault et J.M.M. Dubois (1987). La télédétection : outil de gestion du caribou du Nouveau-Québec. Exemple de la cartographie multitemporelle du couvert neigeux et perspectives de développement. CARTEL, Université de Sherbrooke; rapport pour la Direction générale de la faune, Ministère du Loisir, de la Chasse et de la Pêche du Québec, 49 p.
Afin d'avoir un meilleur "monitoring" des troupeaux de caribous du Nouveau-Québec, de nouvelles méthodes de gestion doivent être mises au point. La télédétection offre la vision synoptique nécessaire à l'intégration de toutes les données biologiques recueillies par les méthodes traditionnelles. Dans cette optique, ce premier rapport vise à évaluer l'imagerie NOAA/AVHRR pour la cartographie de la répartition de la neige au Nouveau-Québec. Ce choix est fait après une comparaison avec les applications et les caractéristiques des autres capteurs disponibles. Les méthodes et techniques de cartographie du couvert neigeux par interprétation visuelle sont revues.
On y traite des problèmes reliés aux nuages et au couvert forestier par exemple. À partir des conclusions tirées de la littérature et des caractéristiques des images obtenues, la méthode et les techniques employées sont décrites. Avec 26 scènes NOAA, neuf cartes saisonnières de la répartition de la neige sont produites au 1 : 2 000 000. Une superposition de trames montre le recul de la neige et l'enneigement pour des printemps et automnes de 1980 à 1986. Malgré des parties de territoires masquées par les nuages, on y perçoit clairement la situation à des moments précis et il est possible d'effectuer des comparaisons inter-annuelles. Par exemple, on se rend compte que les printemps 1984 et 1986 ont été particulièrement cléments, la disparition du couvert neigeux se faisant beaucoup plus rapidement qu'aux autres années cartographiées.Aussi, un pattern de déneigement est assez constant. La neige à l'ouest du Noveau-Québec fond plus tôt que du côté du Labrador. Ces informations pourront éventuellement être utilisées conjointement avec les données d'inventaire du caribou aux mêmes périodes et établir des relations. Le rapport traite aussi des perspectives d'avenir. On y recommande de profiter avantageusement du système d'archivage de données du Centre canadien de télédétection pour produire des cartes de la situation présente plutôt que du passé. Cette alternative est plus dynamique mais nécessite l'intégration de diverses données et un contrôle au sol constant. Il faut aussi envisager l'utilisation d'images numériques qui permettent un traitement informatique poussé et nous font accéder à une précision plus grande.
Cette précision est indispensable pour réussir à détecter les activités d'hiver des caribous, par exemple, ou pour cartographier à plus grande échelle la répartition de la neige aux dates de migration, de mise bas et pour la cartographie des habitats d'été. La télédétection peut devenir un outil très efficace dans la gestion des troupeaux de caribous du Nouveau-Québec si les efforts sont faits selon le contexte de l'habitat québécois et de concert avec les intervenants spécialisés pour bien évaluer l'ampleur de la problématique en évolution constante.
ABSTRACT
St-Pierre, L., M. Pinsonneault et J.M.M. Dubois (1987). La télédétection : outil de gestion du caribou du Nouveau-Québec. Exemple de la cartographie multitemporelle du couvert neigeux et perspectives de développement. CARTEL, Université de Sherbrooke; rapport pour la Direction générale de la faune, Ministère du Loisir, de la Chasse et de la Pêche du Québec, 49 p.
Remote sensing may be the technique to obtain a better monitoring of caribou herds in Nouveau-Québec. The global perception given by remote sensing is now essential to fully understand ail the biological informations taken from the ever changing territory of the caribou.
For this purpose, the report shows the capacity of NOAA/AVHRR imagery to map the snow cover in Nouveau-Québec. A comparison of various sensors explains the choice of NOAA/AVHRR.
Snow mapping techniques by visual interprétation are reviewed. Spécial attention is given to problems related to cloud cover and forested areas. Method and techniques are also described.
Thèse are elaborated after the littérature review and by the characteristics of data obtained. Nine maps at 1 : 2 000 000 scale, drawn from 26 NOAA scènes, show snow cover évolution for Spring and Autumn between 1980 and 1986. Annual comparisons are possible even with the variable cloud cover. For instance, snow melted earlier in the Spring of 1984 and 1986 than in other years under study. This kind of information may easily be used with synchroneous inventories to search for relations between caribou localization and snow distribution. Finally, the report deals with future perspectives. A more practical method is recommended to obtain more useful images from the Canada Centre for Remote Sensing. It will give actual instead of historical results, although those were necessary in the first place. This more dynamic approach implies a close intégration of ail types of information and ground thruth observations. Computer analyses of numerical data should hâve an important place in the following phases. It will be essential to reach the accuracy needed to identify caribou winter range, to map snow cover at a larger scale during migration and calving periods for example and to characterize summer habitat. If a good coopération exists between the analyst and the caribou managers, remote sensing can become a useful monitoring tool for the caribou herds. Indeed, this tool must always evolve in relation to herd expansion and changing habits of the caribou of Nouveau-Québec.
TABLE DES MATIERES page V.
LISTE DES TABLEAUX VIL LISTE DES CARTES (en pochette) VU 1. INTRODUCTION 1.
2. BUT ET OBJECTIFS 2.
3. TÉLÉDÉTECTION POUR LE CARIBOU ET LES AUTRES CERVIDÉS :
TRAVAUX ANTÉRIEURS 4.
4. LES SATELLITES RELIÉS À LA CARTOGRAPHIE DE LA NEIGE 7.
4.1. SMS/GOES 7.
4.2. NIMBUS 7.
4.3. TIROS/NOAA 8.
4.3.1. Les caractéristiques des documents AVHRR 8.
4.3.2. Les applications des données AVHRR 10.
4.4. ERTS/LANDSAT 11.
4.4.1. Les caractéristiques et les applications des données MSS
etTM 11.
4.5. SPOT 13.
4.6. Conclusion 14.
5. MÉTHODE ET TECHNIQUES DE CARTOGRAPHIE DU COUVERT NEIGEUX 15.
5.1. Albédo de la neige 15.
5.2. Identification du couvert neigeux sur une image satellite 16.
5.2.1. Les nuages 16.
5.2.2. Le couvert forestier 16.
5.2.3. Les affleurements rocheux 17.
5.2.4. Les ombres des reliefs 17.
5.3. Critères de sélection des images 17.
6. CARTOGRAPHIE DE LA NEIGE A PARTIR D'IMAGES NOAA : LE CAS
DU NOUVEAU-QUÉBEC page 18.
6.1. Procédure et légende 18.
6.2. Analyse des résultats 20.
6.2.1. Printemps et automne 1980 20.
6.2.2. Printemps 1981 20.
6.2.3. Automne 1981 21.
6.2.4. Automne 1983 22.
6.2.5. Printemps et automne 1984 22.
6.2.6. Printemps 1985 23.
6.2.7. Automne 1985 23.
6.2.8. Printemps 1986 24.
6.2.9. Automne 1986 24.
6.3. Conclusion 25.
7. PERSPECTIVE DE DÉVELOPPEMENT ET RECOMMANDATIONS 27.
7.1. Acquisition des données 27.
7.2. Interprétation visuelle 29.
7.3. Traitement numérique 30.
7.3.1. La neige et les habitats d'hiver 30.
7.3.2. Les habitats d'été 31.
7.4. Conclusion 32.
8. RÉFÉRENCES 34.
ANNEXE 1. Photographies 40.
ANNEXE 2. Images satellites 45.
LISTE DES TABLEAUX
Tableau I. Domaines de longueur d'onde (|im) des AVHRR 1 et 2 du satellite NOAA page 9.
Tableau H. Applications de Thematic Mapper (TM) du satellite LANDSAT 12.
Tableau III. Domaines de longueur d'onde du MSS de LANDSAT 13.
Tableau IV. Documents NOAA utilisés pour la cartographie de la neige 19.
LISTE DES CARTES EN POCHETTE
NOUVEAU-QUÉBEC RÉPARTITION DE LA NEIGE
Printemps et automne 1980 Printemps 1981
Automne 1981 Automne 1983
Printemps et automne 1984 Printemps 1985
Automne 1985 Printemps 1986 Automne 1986
On estime à plus de 600 000 le nombre de caribous qui peuplent actuellement le Nouveau-Québec. Leur aire de distribution est passée de 160 000 km2 en 1975 à 442 000 km2 en 1984 (Messier et Huot, 1985). Celle-ci ne cesse d'augmenter. Lors du dernier recensement (février 1987), des caribous ont été signalés aussi bas qu'au sud du complexe hydroélectrique de la Grande Rivière sur le territoire de la baie James.
Cette explosion démographique soulève plusieurs inquiétudes. Peut-on présager une détérioration de l'habitat du troupeau et éventuellement une chute importante du nombre d'individus? Il devient pressant de déterminer si l'augmentation de l'aire de distribution n'est due qu'à l'accroissement du troupeau, ou si elle est reliée à une dégradation des secteurs traditionnels.
Ceci est d'autant plus important que le troupeau est maintenant perçu comme un moyen important de développement économique et social, en plus d'être d'une richesse écologique inestimable.
Il est donc nécessaire d'améliorer la gestion des troupeaux de caribous du Nouveau-Québec. Pour ce, il faut continuellement élargir nos connaissances sur l'animal et adapter les méthodes de recherche à l'évolution des troupeaux. Dans le contexte québécois, cette évolution touche les déplacements saisonniers des caribous, les zones de vêlage, les territoires d'hiver et ceux d'été.
L'échelle de travail est l'adaptation méthodologique la plus difficile à faire. L'aire de distribution du caribou est tellement importante que le troupeau devient impossible à gérer par les méthodes traditionelles. Nous avons besoin d'une vision synoptique et multitemporelle de la situation pour améliorer l'intégration des diverses informations biologiques. Une dimension spatiale plus globale est aussi nécessaire pour établir un monitoring bien concerté.
La télédétection peut être l'outil le plus efficace pour servir à l'intégration des données et assurer ainsi une meilleure gestion des caribous du Nouveau-Québec. Loin de supplanter les méthodes traditionnelles, la télédétection spatiale permet de diriger et d'orienter les travaux de terrain et l'analyse des documents à plus grande échelle vers des régions particulières et à des moments précis. Ainsi, la télédétection rentabilise les méthodes traditionnelles et permet d'en tirer des informations plus précises.
méthode de gestion employant la télédétection nécessite, de ce fait, une adaptation particulière.
Comme nous le verrons à la section 3, les applications de la télédétection ont principalement portée sur les habitats d'été potentiels à partir de la cartographie de la végétation. Peu de travaux existent sur la cartographie de la neige, que l'on sait être un facteur important dans le choix des habitats d'hiver et des corridors de migration.
But
Dans cette optique, le but de ce rapport est d'évaluer les possibilités de la télédétection pour la cartographie de la répartition de la neige au Nouveau-Québec au cours des dernières années, pour les périodes de migration et de mise-bas du caribou. À cause de ses caractéristiques adaptées aux conditions du Nouveau-Québec, l'imagerie NOAA a été sélectionnée (voir section 4.3). Des données LANDS AT nous permettraient éventuellement d'accéder à une cartographie plus détaillée pour certains secteurs importants, mais elles n'ont pas été utilisées parce qu'elles nécessitent un contrôle au sol que nous n'avions pas, à cause, surtout de leur fine résolution de 30 ou 80 m de côté (voir section 4.4).
Objectifs spécifiques
À partir d'une sélection d'images multidates NOAA/AVHRR du Nouveau-Québec, produire des cartes au 1 : 2 000 000 de la répartition de la neige pour les mois de mai, juin, septembre, octobre, novembre de 1980 à 1986.
À la suite des résultats obtenus par la présente étude et à la lumière d'une recherche bibliographique, présenter une perspective de développement de la télédétection spatiale des territoires d'hiver du caribou.
La suite de ce rapport est divisée en cinq parties. Une revue des travaux portant sur la télédétection appliquée aux habitats du caribou et des autres cervidés est d'abord faite à la section 3. L'analyse qui a permis de sélectionner le type d'imagerie adéquate à nos besoins est par la suite exposée à la section 4.
méthode, les résultats des neuf cartes de la répartition du couvert neigeux sont présentés à la section 6. Une interprétation globale des résultats y est aussi effectuée et le potentiel des cartes est discuté.
Finalement, à la section 7, on expose les perspectives de développement de la télédétection comme outil de gestion du caribou du Nouveau-Québec et ce, autant pour les territoires d'hiver que ceux d'été. Ces perspectives sont accompagnées de recommandations basées sur la littérature, notre exemple de la cartographie de la neige, les besoins de gestion actuels et futurs des troupeaux ainsi que selon les documents et moyens accessibles.
Que ce soit aux États-Unis (Alaska), au Canada ou même en Europe, tous les travaux traitant de télédétection appliquée à l'habitat des cervidés portent sur la caractérisation et l'évaluation de la qualité des habitats plutôt que sur les troupeaux eux-mêmes. Dans la plupart des cas, des méthodes éprouvées en foresterie ou en hydrologie, par exemple, sont adaptées aux milieux habités par les caribous, orignaux ou cerfs de Virginie.
Très peu de travaux ont principalement porté sur la cartographie des territoires d'hiver du caribou. Dans ceux qui s'en approchent le plus, on discute de la problématique et on souligne l'intérêt d'introduire ces informations à des recherches plus globales.
Au Québec, Bracher (1984) est l'auteur de la principale étude de télédétection pour l'habitat du caribou. À l'aide du traitement numérique de données LANDSAT-MSS, il a produit une cartographie au 1: 50 000 des divers types de couvert forestier de la région de Schefferville. Par rehaussement d'abord, une bonne distinction entre les lichens et la forêt de conifères a été réalisée.
Par la suite, le rapport de bandes MSS7 - MSS5/ MSS7 + MSS5 a permis de séparer les zones de toundra, d'arbustes, de forêt, de modifications anthropiques et de substratum rocheux. Malgré ces résultats intéressants, Bracher recommande fortement l'utilisation de capteurs à haute résolution spatiale comme TM de LANDSAT et SPOT pour la cartographie de la végétation. De plus, il souligne l'intérêt de superposer à cette information la cartographie de la répartition de la neige dans le but de déterminer la disponibilité de la nourriture pour le caribou.
En 1976 déjà, Laperrière avait évalué la possibilité d'utiliser LANDSAT pour la cartographie de la végétation et de l'habitat du caribou en Alaska en utilisant des techniques visuelles et numériques. Il a réalisé que l'analyse visuelle de ces documents permettait une vision globale de la situation et une distinction grossière des types végétaux, comme la forêt et la toundra.
Il jugeait les résultats trop grossiers, sauf pour les feux de forêts. Pour ce qui est du traitement numérique, il avantageait une classification non-supervisée des thèmes végétaux parce que mieux adaptée à l'échelle de travail de l'Alaska. L'élément le plus important de cette recherche est qu'elle expose clairement les différents aspects de la problématique de la télédétection pour le caribou:
cartographie de la répartition de la neige, des traces de broutage, des corridors et des pistes de caribous et, finalement, l'analyse et la cartographie des territoires d'hiver.
aspect.
Aux Territoires du Nord-Ouest, Collin and Ross (1982) ont plutôt évalué l'interprétation visuelle d'images LANDS AT-MSS comme outil de gestion pour la cartographie de reconnaissance à petite échelle des habitats du caribou et de son aire de dispersion. Assistés de levés de terrain par hélicoptère, ils ont distingué 12 unités de cartographie d'habitats dont 11 avaient des signatures spectrales particulières. Leurs résultats montrent l'importance d'une analyse visuelle détaillée et de vérifications sur le terrain avant de faire une analyse numérique et ce, pour augmenter la rentabilité des images.
Au Canada, Thompson and Klassen (1980), Dixon and Horn (1981) et Horn (1981) et aux États-Unis, George et al (1977), George and Scorup (1981) et Nodier et al (1977) ont testé diverses méthodes d'analyse numérique pour la cartographie de la végétation des habitats d'été et d'hiver du caribou. Comme dans tous les autres cas utilisant le traitement numérique, ces travaux portaient sur des territoires ne dépassant pas 75 000 à 90 000 km2. Chaque étude montre l'efficacité d'une méthode particulière pour la cartographie de l'habitat du caribou. En fait, selon les buts et les environnements, l'analyse par nuages de points, la classification non-supervisée et l'accentuation de couleurs des composantes principales donnent de bons résultats.
Ellis et al (1987), via une méthode de cartographie de l'habitat du chevreuil, soulignent l'importance d'une collaboration étroite entre les analystes et les utilisateurs ou les gestionnaires de la faune. Afin d'assurer des résultats valables, l'analyste doit connaître exactement les besoins du gestionnaire et ce dernier doit connaître les caractéristiques et les limites de la télédétection. Une concertation au moment de l'élaboration des projets en augmentera la qualité finale.
D'autres travaux portent sur l'évaluation de données LANDSAT pour la cartographie de l'habitat du cerf de Virginie et de l'orignal. Au Québec, Sirois et Bonn (1987) ont évalué l'imagerie TM de LANDSAT (résolution de 30 m) pour les études des habitats fauniques au niveau local et régional. Les rehaussements en composantes principales et une classification partielle offrent des résultats très éloquents. De plus, ces résultats découlant d'une méthode automatisée, sont équivalents à ceux d'une télé-interprétation au 1: 50 000 en noir et blanc. Ils en arrivent donc à identifier les principales composantes de l'habitat d'hiver du cerf et ils déterminent la qualité
l'aide, toutefois, d'une analyse visuelle détaillée.
Finalement au Manitoba, Dixon et al (1984) ont appliqué des analyses de nuages de points et une classification non-supervisée à des scènes LANDSAT-MSS couvrant 152 000 km2. Ces opérations visaient à démontrer l'utilité de ces documents pour l'inventaire des sites d'habitats de l'orignal en fonction des divers types végétaux. Toutefois, peu de résultats probants sont publiés.
Devant la diversité des plates-formes et celle encore plus grande des capteurs dont elles sont équipées, les produits de télédétection mis à la disposition des utilisateurs et des planificateurs sont de plus en plus nombreux. Les facteurs qui orientent et déterminent le choix des produits qui seront utilisés sont multiples. Parmi eux on retrouve: le but poursuivi, la superficie du territoire à couvrir, la résolution spatiale, la résolution spectrale, le choix des bandes spectrales, la répétitivité, le nombre d'images à acquérir et le coût relatif à chacune d'elle, la disponibilité de celles-ci, le budget alloué, etc. Ces facteurs et leur importance respective sont interreliés.
4.1. SMS/GOES
Les satellites de la série SMS/GOES (Synchronous Meteorological Satellite/Geostationary Operational Environmental Satellite) sont dits géostationnaires car leur position par rapport à la terre reste la même. Ils permettent donc une observation continue de près du tiers de la surface de la terre. Le premier satellite de la série, SMS-1, fut lancé en mai 1974 et le prochain, GOES-I qui deviendra GOES-9 après son lancement, est prévu pour 1989. Ces satellites furent d'abord équipés d'un VISSR (Visible and Infrared Spin-Scan Radiometer) puis d'un VAS (VISSIR and Atmosphère Sounder) pouvant fournir des données dans le visible et l'infrarouge le jour et la nuit, aussi souvent que toutes les demi-heures. Très utile pour la surveillance continue de risques naturels, sa position équatoriale produit toutefois une imagerie de plus en plus distortionnée à mesure que le secteur-cible s'éloigne de l'équateur (Rango et al, 1983). La distance séparant le Québec de l'équateur rend inadéquate son utilisation pour cette partie du continent nord-américain.
4.2. NIMBUS
L'utilisation récente de radiomètres opérant dans les micro-ondes, tel le ESMR (Electronic Scanning Microwave Radiometer) et le SMMR (Scanning Multichannel Microwave Radiometer), a été testée à bord des satellites Nimbus-5, 6 et 7. Le dernier satellite de la série, Nimbus-7, a été lancé en novembre 1978. Placé en orbite héliosynchrone, il pouvait fournir la couverture d'un même secteur de la terre tous les 6 jours (Cassanet, 1985). Le SMMR fut conçu pour mesurer les radiances dans cinq longueurs d'onde et dix canaux pour extraire de l'information, entre autres, sur certaines propriétés de la neige (Allison and Schnapf, 1983). Une relation linéaire a en effet été établie entre l'épaisseur de la neige ou son équivalent en eau et la réflectance des températures
transporte à son bord de tels radiometres ou radar. Même si quelques tests sont effectués à partir de navettes spatiales, nous devrons attendre une nouvelle génération de satellites, tel RADARSAT, satellite canadien dont le lancement est prévu pour 1990.
4.3. TIROS/NOAA
Lancé en avril 1960, TIROS-1 (Télévision and Infra Red Observation Satellite) fut le premier satellite météorologique à défilement à fournir des images de la neige sur l'est du Canada.
Par contre, c'est seulement avec le lancement de NOAA-2 (National Oceanic and Atmospheric Administration) en 1972, qu'on obtint une imagerie de très haute résolution spatiale de l'Amérique du Nord. Satellite héliosynchrone à orbite quasi-polaire, il pouvait transmettre quotidiennement la couverture d'un même secteur. Il avait à son bord un VHRR (Very High Resolution Radiometer).
Les satellites NOAA-3,4 et 5 furent également équipés de ce radiomètre à balayage à deux canaux (visible et infrarouge thermique).
En 1978, le lancement de TIROS-N marqua la naissance d'une nouvelle génération de satellites météorologiques. D était équipé d'un AVHRR (Advanced VHRR) à quatre canaux, augmentant ainsi la quantité d'informations radiométriques pour une cartographie plus précise des températures de surface de l'océan et une meilleure identification de la neige et de la glace. Ce capteur est en effet capable de détecter des écarts de température inférieurs à 0,125 C. Par la suite, les satellites NOAA-6 àlO eurent à leur bord une ou l'autre des versions du AVHRR soit à 4 ou 5 canaux (Cassanet, 1985a).
4.3.1. Les caractéristiques des données AVHRR
Tel que mentionné précédemment, les images fournies actuellement par les satellites de la série NOAA sont captées par le AVHRR. Ce radiomètre imageur à balayage offre une couverture spectrale du visible à l'infrarouge thermique permettant une analyse multispectrale. Une première version, le AVHRR-1, fut mise à bord de TIROS-N puis de NOAA-6. En version modifiée par l'addition d'un troisième canal thermique, le AVHRR 2 fut mis à bord de NOAA-7 lors de son lancement en juin 1981 puis de NOAA-9 en décembre 1984.
du pixel, c'est-à-dire la plus petite surface discernable, est de 1 km 2. La répétitivité des passages (2 images par 24 heures) procure, grâce à son orbite héliosynchrone, une image de jour et une image de nuit du même secteur (images 1, 2 et 3, annexe 2)
Tableau I. Domaines de longueur d'onde (nm) des AVHRR 1 et 2 du satellite NOAA (d'après Allison and Schnapf, 1983)
canal 1 canal 2 canal 3 canal 4 canal 5
AVHRR 0,55 - 0,68 0,72 - 1,10 3,55 - 3,93 10,5 - 11,5
AVHRR-2 0,58 - 0,68 0,72-1,10 3,55 - 3,93 10,3-11,3 11,5-12,5
Les canaux du visible et du proche infrarouge sont surtout utiles pour la mise en évidence de la neige et de la glace, ainsi que le découpage des côtes et des nuages. Les canaux IR sont, quant à eux, utiles pour les évaluations de la température de surface des sols, des mers et des nuages (Cassanet, 1985b).
4.3.2. Les applications des données AVHRR
Le capteur AVHRR et avant lui le VHRR ( McGinnis et al, 1975; Schneider, 1975;
Schneider and McGinnis, 1981; Wiesnet and McGinnis, 1973; Wiesnet and Schneider, 1975) ont déjà prouvé être d'un très grand intérêt pour l'étude tant qualitative que quantitative des paramètres hydrologiques, océanographiques et météorologiques.
L'utilisation la plus connue des images NOAA/AVHRR est certes celle des prévisions météorologiques. Les données AVHRR sont aussi couramment utilisées pour la cartographie des températures de surface et l'étude de la dynamique des océans de même que pour la surveillance des glaces. L'étude de biomasse et la détermination d'indice de végétation, la surveillance des terres et les changements dans la végétation de grandes superficies sont autant d'applications de ce type d'images à la végétation (Schneider et al, 1984; Koczor and Comeyne, 1985). La détection des feux naissants et la surveillance du comportement des feux en activité sont d'autres domaines dans lesquels les données AVHRR sont très utiles, autant par la variété des bandes spectrales que par la fréquence d'enregistrement de ces données. À la suite d'éruptions volcaniques les images NOAA/AVHRR ont également permis le suivi de la progression des nuages de poussières autour de la terre de même que leur pénétration dans la stratosphère (Koczor and Comeyne, 1985).
Dans le domaine de la neige, les premiers intéressés furent les hydrologistes. Peu de temps après le lancement de NOAA-2 en 1972, des hydrologistes du NES S (National Environmental Satellite Service), aux États-Unis, déterminèrent que ce type d'imagerie à très haute résolution pouvait servir à produire des cartes multitemporelles représentant le couvert neigeux de bassins- versants de diverses taille, localisation et topographie. En 1974, un programme opérationnel de cartographie de la neige fut donc instauré. On multiplia les expérimentations et on développa de nouvelles techniques pour arriver à démontrer que le couvert neigeux pouvait non seulement être cartographie efficacement à partir de l'espace, mais que les informations qui en sont dérivées peuvent être utilisées comme paramètres additionnels dans les modèles hydrologiques sur la prévision du débit résultant de la fonte nivale. Un programme de la NASA, le ASVT (Applications Systems Vérification Test) a, en effet, démontré la rentabilité d'inclure des données dérivées des satellites dans la gestion des ressources hydrologiques dans l'ouest des États-Unis. (Barnes, 1981). Cette addition de données permet la réduction du pourcentage d'erreur dans la prévision saisonnière, information qui peut s'avérer cruciale dans certains cas. Déjà, aux Etats-Unis et au Canada, en 1981, trente bassins-versants jugés critiques sont étroitement surveillés et les données sont aussitôt transmises aux organismes chargés de la surveillance et de la prévision hydrologiques
(Schneider and McGinnis Jr., 1981). Mais l'Amérique du Nord n'est pas la seule à se servir ainsi des satellites en hydrologie car des pays, tels la Norvège (Andersen, 1982; Odegaard et al, 1979), le Groenland (Sogaard, 1985), le Maroc (Verdin, 1986), ont eux aussi mis à profit l'utilisation des données satellites pour leurs modèles hydrologiques.
4.4. ERTS/LANDSAT
ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite-1) a été placé en orbite héliosynchrone quasi-polaire le 23 juillet 1972, couvrant exactement le même secteur à tous les 18 jours (Barnes and Bowley, 1974). Rebaptisée Landsat, la série procura d'abord des documents MSS (Multispectral Scanner) courammment utilisés pour la cartographie de l'utilisation du sol, plus particulièrement en agriculture. Bien qu'il n'ait pas été conçu à cette fin, on testa son efficacité pour la cartographie du couvert neigeux (Odegaard et al, 1979; Wiesnet and McGinnis, 1973). La bande MSS 5 (0,6 \xm - 0,7 ^m) offre le meilleur contraste entre les secteurs enneigés et ceux qui ne le sont pas (Bowley et al, 1981). En plus du MSS, le capteur TM (Thematic Mapper) fut pour la première fois mis à bord de Landsat-4 en 1982, mais ce n'est qu'une fois à bord de Landsat-5, lancé en mars 1984, qu'il fut pleinement efficace.
4.4.1. Les caractéristiques et les applications des données MSS et TM
Comparé au MSS, Thematic Mapper offre un nombre accru de bandes spectrales, une plus grande sensibilité radiométrique et une meilleure résolution spatiale, soit 30 m x 30 m comparée à 79 m x 79 m pour les MSS des Landsats originaux (Freden and Gordon, 1983).
Équipé de sept canaux, au lieu de quatre, il permet une couverture spectrale du visible à l'infrarouge thermique (Tableau II et III). Sa largueur de balayage, c'est-à-dire la superficie couverte au sol, est de 185 km. Son cycle orbital est maintenant de 16 jours (Cassanet, 1985a) (image 4, annexe 2).
Tableau H Applications de Thematic Mapper CTM) du satellite LANDS AT (d'après Freden and Gordon, 1983)
Canaux
1
2
3
4
5
6
7
Longueur d'onde (|im) 0,45 - 0,52
0,52 - 0,60
0,63 - 0,69
0,76 - 0,90
1,55 - 1,75
10,40 -12,50
2,08- 2,35
Principales applications
cartographie des eaux côtières, différenciation sol/végétation, différenciation feuillus/conifères réflectance du vert par la
végétation en santé
absorption chlorophyllienne pour la différenciation des espèces végétales relevés de biomasse, tracé du
contour des plans d'eau mesures de l'humidité de la
végétation, différenciation neige/nuages évaluation du stress des plantes
par exploitation de sa chaleur
émise, autres applications thermographiques cartographie hydrothermale
Tableau III. Domaines de longueur d'onde du MSS de LANDSAT (d'après Freden and Gordon, 1983)
Canal (ancienne appellation)
1 (MSS 4) 2 (MSS 5) 3 (MSS 6) 4 (MSS 7)
Longueur d'onde (iim)
0,5 - 0,6 0,6 - 0,7 0,7 - 0,8 0,8 - 1,1
Le capteur TM de LANDSAT est souvent préféré au MSS pour l'étude et la mesure des caractéristiques de la couche de neige. Ces données sont nécessaires dans le calcul du bilan radiatif pour obtenir la radiation nette. L'échelle dynamique de TM est, en effet, plus grande que celle de MSS. Les valeurs étant moins souvent saturées, on obtient plus de contraste. La radiation réfléchie par la neige provoque souvent la saturation des valeurs dans le canal TM 1, mais elle est moins importante dans les canaux TM 2 , 3 , et 4 que dans les bandes équivalentes de MSS. Dans les bandes TM 1 et TM 2 (bleu et vert), la réflectance de la neige n'est pas influencée par la dimension du grain de neige mais elle est sensible à la contamination atmosphérique. Dans TM 3 et TM 4 (rouge et proche infrarouge), la réflectance de la neige est influencée par la dimension du grain de neige mais relativement insensible aux contaminants. La canal 4 peut donc servir à l'estimation de la grosseur optique effective des grains de neige. La bande 5 peut, quant à elle, servir à la discrimination des nuages et de la neige. Dans ces ondes courtes de l'infrarouge, la neige réfléchit peu, alors que les nuages réfléchissent beaucoup. Une image TM 5 montre donc les nuages éclatants et la neige foncée. La soustraction des valeurs de TM 2 - TM 5 montrera plutôt la neige éclatante alors que les nuages, les affleurements rocheux et la végétation apparaîtront foncés (Dozier, 1984).
4.5. SPOT
En février 1986, la France lançait le satellite SPOT (Système pour l'observation de la Terre). SPOT-1 est équipé de deux HRV (Haute Résolution dans le Visible). Le HRV est conçu en vue d'une exploitation en deux modes: panchromatique (noir et blanc) avec une résolution au sol de 10 m et un mode multispectral (couleur) avec une résolution au sol de 20 m. Le panchromatique s'étend de 5,10 (im à 7,30 |im alors que le multispectral comprend trois bandes:
verte (5,00 (im - 5,90 (im), rouge (6,10 (xm - 6,80 |im) et proche infrarouge (7,90 \xm - 8,90
\un).
En orbite héliosynchrone quasi-polaire, son cycle orbital est de 26 jours avec possibilité de dépointage. La station au sol peut, par télécommande, faire varier l'orientation du miroir de visée ce qui permet d'observer d'autres régions que celle qui est située directement sous le trajet du satellite. La largeur de bande observée s'étend de 60 km pour la visée au nadir à 80 km pour la visée latérale. La visée latérale du HRV comporte une autre caractéristique importante, soit l'enregistrement de paires d'images stéréoscopiques d'une même scène.
4.6. Conclusion
Le passage en revue des divers satellites illustre bien les raisons qui incitent à choisir, dans l'immédiat, les données NOAA/AVHRR pour la cartographie de la neige au Nouveau-Québec.
Les passages de NOAA sont fréquents et couvrent un très grand territoire. Landsat offre deux types de documents: MSS et TM. TM surpasse MSS par le nombre de ses canaux, sa précision radiométrique et sa résolution spatiale. Il pourrait être très intéressant pour la cartographie de secteurs spécifiques de petites superficies. GOES, quant à lui, produit des images distortionnées plus l'on s'éloigne de l'équateur et la série Nimbus n'a pas encore été remplacée. Bien que les données réelles de SPOT n'ont pas encore été utilisées dans le domaine de la neige, leurs caractéristiques semblent assez prometteuses pour entrevoir l'application de ce nouveau satellite dans un avenir rapproché.
5. MÉTHODE ET TECHNIQUES DE CARTOGRAPHIE DU COUVERT NEIGEUX
5.1. Albédo de la neige
La fraction diffusée ou réfléchie de l'énergie de rayonnement incident par un corps est appelée albédo. L'albédo de la neige variera selon les caractéristiques de celle-ci et le domaine du spectre élétromagnétique. L'épaisse couche de neige dans la prairie ou au-dessus de la limite des arbres est plus réfléchissante dans le visible que dans le proche infrarouge, alors que la réponse de ^ la neige en forêt sera dans le proche infrarouge supérieure au visible. Par contre, une mince couche de neige dans la prairie et la forêt de feuillus éparse peut montrer une réflectance égale dans le visible et le proche infrarouge. De plus, la grande concentration chlorophyllienne associée aux forêts alpines masque et, en fait, renverse la réponse du couvert neigeux dans le proche infrarouge (Schneider et al, 1984).
Des tests ont été effectués sur la variation de radiation réfléchie par la neige dans le visible en rapport avec son épaisseur. Ceux-ci ont démontré une corrélation certaine. La neige épaisse de plus de 30 cm aura des valeurs de réflectance qui tendent à être uniformément hautes, alors que la neige de moins de 30 cm d'épaisseur aura des valeurs qui tendent à augmenter rapidement à mesure qu'augmente aussi l'épaisseur de la neige (Me Ginnis et al, 1975). Ces mêmes auteurs rapportent les travaux de Giddings et La Chapelle qui ont démontré dès 1961, que l'absorption par une surface foncée sous-jacente réduit de beaucoup l'albédo d'une vieille neige jusqu'à une épaisseur excédant 20 cm.
Dans le proche infrarouge, une neige fondante ou une neige qui a regelé, aura une réflectance moindre. L'intervalle spectral compris entre 0,8 \im et 1,30 ^im sera celui qui fournira le plus d'informations sur la neige fondante (surface mouillée) ou non fondante ou regelée (surface sèche) (Barnes and Smallwood, 1975).
Dans le visible et le proche infrarouge, la réflectivité de la neige décroît à mesure que la dimension des grains de neige augmente (O'Brien and Munis, 1975).
5.2. Identification du couvert neigeux sur une image satellite
Sur une image satellite sans nuage et dans un environnement non boisé, toute la zone ayant un éclat continu distinctement plus vif que les secteurs avoisinants foncés, est cartographiée comme secteur enneigé. La ligne continue délimitera donc une zone à l'intérieur de laquelle l'accumulation est approximativement de 2,5 cm et plus. Les secteurs qui apparaissent pommelés (alternance de foncé et de gris) sont habituellement des zones de moins de 2,5 cm de neige (Barnes and Bowley, 1974). On rencontre cependant quelques obstacles à la détection de la neige à partir d'images satellites, dont les principaux sont: les nuages, le couvert forestier, les affleurements rocheux et les ombres.
5.2.1. Les nuages
II faut le plus possible choisir des images exemptes de nuages ce qui, dans bien des cas, est impossible. On doit alors composer avec celles qui sont le plus dégagées et tenter de différencier les nuages de la neige. En effet, les nuages et la neige ont tous les deux, dans le visible, une très forte réflectance. L'emploi simultané de deux bandes spectrales peut servir à discriminer ces deux éléments. Si cela est impossible, on peut toujours utiliser des clés d'interprétation. La neige et les nuages peuvent être différenciés par la reconnaissance d'éléments terrestres naturels ou anthropiques, la reconnaissance de patrons caractéristiques, l'uniformité de réflectance, les ombres causées par les nuages et la permanence des patrons d'une image à une autre (Bowley et al, 1981).
5.2.2. Le couvert forestier
Les effets du couvert forestier varient selon la densité et le type de forêt (Lillesand et al, 1982). Les forêts de conifères denses sont distinctement plus foncées que les forêts de feuillus, la végétation éparse et les secteurs non boisés. Cette teinte demeurera foncée même s'il y a présence substantielle de neige. La neige sèche ne reste pas sur les arbres mais glisse plutôt à leur pied où sa réflectance est masquée. Il faut alors rechercher de petits lacs, des ouvertures telles des clairières ou des secteurs de coupe qui nous apparaîtront éclatants s'il y a présence d'une couche de neige.
La distribution des boisés peut être connue par référence à des cartes d'utilisation du sol, topographiques ou autres. De plus, l'examen d'images prises à des dates où il n'y a pas de neige, tout particulièrement des composés couleur, permet de voir l'allure des patrons de forêts.
Par une technique de rehaussement simple, soit la surexposition du film, on peut aussi augmenter la réflectance de la couche de neige dans les boisés, facilitant ainsi le tracé de la ligne de neige continue (Bowley et al, 1981).
5.2.3. Les affleurements rocheux
La cartographie de plaques de neige résiduelle sur des images prises tard le printemps ou tôt l'automne est rendue difficile par la similarité de la réflectance de ces dernières avec celle des affleurements rocheux et de leur forme pouvant être confondue. Si le secteur n'est pas familier à l'analyste, celui-ci pourra, afin de connaître les patrons de terrain et de végétation, procéder à l'examen d'une image sans neige, d'un composé couleur, ou d'une image prise dans une autre bande spectrale. Cela facilitera le discernement des plaques de neige disséminées parmi les affleurements rocheux (Barnes and Bowley, 1974). Ceci appuie le dernier point de 5.2.2.
5.2.4. Les ombres des reliefs
Durant l'hiver, à cause des angles solaires bas, les reliefs produisent des ombres qui peuvent causer des ambiguïtés dans la localisation de la ligne de neige continue. La réflectance d'un versant nord partiellement ou complètement enneigé peut apparaître de même réflectance qu'un secteur entièrement recouvert de neige. La surexposition d'agrandissements faits à partir des négatifs originaux, diminue l'effet des ombres et aide là encore la détection de la couche de neige.
5.3. Critères de sélection des images
Après avoir déterminé la période durant laquelle il est nécessaire d'obtenir des images, certains auteurs comme Sogaard (1985) considèrent comme essentiel de demander:
a) une couverture nuageuse de moins de 10%
b) un passage près du nadir, c'est-à-dire avec un angle de visée de moins de 15%
Cependant, dans la pratique, comme nous l'avons vu, il est souvent impossible de répondre à ces critères. Il faut alors accepter des images de moindre qualité et faire en sorte de couvrir le territoire-cible à l'aide de plusieurs sections d'images prises à des dates rapprochées.
6. CARTOGRAPHIE DE LA NEIGE À PARTIR D'IMAGES NOAA : LE CAS DU NOUVEAU-QUÉBEC
Pour produire les neuf cartes de la répartition de la neige au Nouveau-Québec, 26 scènes NOAA ont été utilisées. Elles proviennent de trois sources : de la station de réception de Prince-Albert du Centre canadien de télédétection, du National Climatic Center (NOAA) de Washington et du service de l'Environnement atmosphérique du ministère de l'Environnement du Canada à Toronto. Les caractéristiques de ces images ont été consignées sur le tableau IV.
6.1. Procédure et légende
Les scènes sont regroupées par saison, soit le printemps et l'automne d'une même année.
La première étape consiste à déterminer sur chaque image, la ou les zones libres de nuage qui laissent entrevoir des portions de territoire. Pour chaque date, un trait de plume différent délimite ces contours. La même séquence de traits a été conservée pour chacune des cartes, c'est-à-dire, que le premier type de traits sera celui de la première date, le deuxième celui de la deuxième, etc., et ce même si les dates diffèrent d'une carte à l'autre.
A l'intérieur de ces zones, la répartition du couvert neigeux est ensuite cartographiée. Là encore, chaque date est représentée par une trame particulière. Des formes, comme les rivières, les lacs, les accidents topographiques ou le découpage des côtes, sont employées comme points de repère. Une interpolation doit parfois être faite entre deux points connus à cause de déformations géométriques importantes qui existent sur les documents. Le Nouveau-Québec possède tellement de plans d'eau, qu'il est relativement facile d'atteindre une précision fort acceptable. Lorsque les rivières importantes ou les grands lacs sont dégelés, ou que les vallées sont déneigées, des ouvertures équivalentes sont faites dans la trame. Finalement, les plaques de neige résiduelle sont délimitées s'il y a lieu.
Le résultat final est donc une superposition de trames à l'intérieur de territoires sans couverture nuageuse. Cette superposition correspond à une décroissance du couvert neigeux au printemps ou à une croissance en automne.
Tableau IV. Documents NOAA utilisés pour la cartographie de la neige
S o u r c e
TIROS-N/AVHRR-1 TIROS-N/AVHRR-1 TIROS-N/AVHRR-1 TIROS-N/AVHRR-1 TIROS-N/AVHRR-1 TIROS-N/AVHRR-1 N0AA-6/AVHRR-1 N0AA-6/AVHRR-1 N0AA-6/AVHRR-1 N0AA-6/AVHRR-1 NOAA-7/AVHRR-2 NOAA-7/AVHRR-2 NOAA-7/AVHRR-2 N0AA-6/AVHRR-1 NOAA-7/AVHRR-2 NOAA-7/AVHRR-2 NOAA-7/AVHRR-2 NOAA-7/AVHRR-2 NOAA-7/AVHRR-2 NOAA-9/AVHRR-2 NOAA-9/AVHRR-2 NOAA-9/AVHRR-2 NOAA-9/AVHRR-2 NOAA-9/AVHRR-2 NOAA-9/AVHRR-2
Bande 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Date 14 mai 80 15 mai 80 1 juin 80 2 juin 80 28 juin 80 25 septembre 80
11 mai 81 11 juin 81 13 juin 81 26 juin 81 11 septembre 81 7 octobre 81 9 octobre 81 25 octobre 81
15 novembre 83 20 novembre 83 7 mai 84
5 juin 84 16 octobre 84 13 mai 85 18 juin 85 17 novembre 85 27 mai 86 26 juin 86 2 septembre 86
6.2. Analyse des résultats
Une vision synoptique de la situation pour chaque année est possible avec les neufs cartes en pochette.
6.2.1. Printemps et automne 1980
14-15 mai, 1-2 juin, 28 juin, 25 septembre 1980.
Les zones libres de nuage se superposent bien pour les deux premières images et laissent voir un très grand territoire ayant grossièrement pour limites, du nord au sud, le 53°
parallèle jusqu'à l'extrémité nord des Torngat puis du 54° parallèle jusqu'à la rivière aux Feuilles. À la mi-mai, la majorité du territoire est recouverte de neige, seul est dégagé le secteur situé au nord du complexe hydroélectrique de La Grande jusqu'au lac des Loups Marins. Le lac à l'Eau Claire et le lac Bienville sont toujours gelés alors que la rivière aux Mélèzes, la rivière Caniapiscau et celle de la Baleine sont dégelées. Plus à l'est, la rivière George n'est pas dégelée mais la rive nord du lac Melville est dégagée. Les données climatologiques du 30 avril enregistraient à la station de Churchill Falls encore 94 cm de neige au sol pour seulement quelques traces de neige à La Grande (Environnement Canada, 1980). Au début juin, la limite méridionale du couvert neigeux se trouve au nord du lac Melville, pour la région du Labrador, puis elle remonte vers la Baie d'Ungava où des plaques résiduelles persistent sur les interfluves. La George est maintenant dégelée. À la fin du mois de juin, il n'y a plus que les sommets des Torngat qui soient enneigés, du moins pour la partie septentrionale de l'image sans nuage. Sur l'image du 25 septembre on ne décèle encore aucune trace de neige.
6.2.2. Printemps 1981
11 mai, 11-13 juin et 26 juin 1981.
Le territoire s'étendant de la côte du Labrador à la partie aval de la rivière Koksoak est commun aux trois couvertures. Plus grande que pour mai, la partie visible à la mi-juin englobe le réservoir Smallwood au sud, alors que même la Basse Côte Nord est visible au 26 juin. L'extrême nord de la péninsule de l'Ungava et une étroite partie de l'Hudsonie sont libres de nuage à la mi-juin. L'enneigement est continu au 11 mai et même les baies et les embouchures de cours d'eau sont encore gelées. La limite méridionale du couvert de neige se situe alors à la frontière sud du Labrador. Un mois plus tard, tout le territoire visible est
encore enneigé. Cette fois, les baies sont dégelées et de larges ouvertures occupent les vallées importantes et les fjords. D est intéressant de voir que la percée de nuages dans la région du lac à l'Eau Claire laisse voir la limite sud de la neige au 11 juin. Finalement, à la fin juin, la neige ne persiste que sur la côte du détroit d'Hudson et sur les Torngat. Ceci est corroboré par les données météorologiques (Environnement Canada, 1981a) qui montrent qu'il y avait encore des traces de neige à la fin mai aux stations de Fermont et de Schefferville et qu'il n'en restait rien à la fin juin. La limite ne devait donc pas être beaucoup plus au sud de la partie visible de l'image à ce moment.
6.2.3. Automne 1981
11 septembre, 7-9 octobre et 25 octobre 1981.
Aux deux premières dates, le complexe La Grande est largement couvert de neige. Au début octobre, on couvre aussi les bassins de l'Arnaud et l'aval de la rivière aux Feuilles. Il existe peu de recoupement avec la troisième date, celle-ci couvrant plutôt l'est du Nouveau-Québec. La neige commence à s'accumuler à l'extrême nord de la péninsule de l'Ungava au 7 octobre. Le couvert est discontinu, laissant les vallées et les plans d'eau découverts. Au 25 octobre, tout le bassin de la rivière George et les Torngat sont largement couverts de neige. La neige s'étend jusqu'à la côte du Labrador à l'est et jusqu'à la tête des rivières de la Basse et Moyenne Côte Nord. Les données météorologiques (Environnement Canada, 1981b) confirment la présence de neige au 25 octobre au sud de la zone cartographiée. En effet, même s'il n'y avait que 4 cm de neige au sol au 31 octobre, il est tombé près de 15 cm du 19 au 25 octobre (date de l'image). Les températures se sont tenues au-dessous du point de congélation pour cette même période, alors qu'il y a eu fonte entre les 25 et 31 octobre.
6.2.4. Automne 1983
15-20 novembre 1983.
Les images de l'automne 1983 couvrent le sud de la péninsule de l'Ungava, jusqu'à la côte de la baie d'Hudson, ainsi que la pointe septentrionale de la péninsule. La couverture de neige est très régulière et s'arrête au sud de la vallée de la rivière aux Feuilles. Cette dernière est largement déneigée et les lacs Couture et Payne sont parmi les grands plans d'eau encore libres de glace. Il est difficile de donner plus de précision avec les documents thermiques car ils expriment la température de surface, ce qui diminue les contrastes et rend la distinction neige-nuage très délicate. Toutefois, aux stations de Kuujjuarapik, d'Inukjuak et de Kuujjuaq, étaient mesurés respectivement 15, 5 et 10 cm de neige à la fin octobre et entre les 15 et 20 novembre, des précipitations de neige de l'ordre de 2 cm sont tombées (Environnement Canada, 1983). Ces données confirment au moins la présence de neige à ces trois points du secteur couvert.
6.2.5. Printemps et automne 1984
7 mai (image 1, annexe 2), 5 juin et 16 octobre 1984.
Les deux images du printemps 1984 montrent la même zone libre de nuage au-dessus de la péninsule de l'Ungava. Elles diffèrent toutefois vers le centre du Nouveau-Québec.
L'image du 5 juin offre un plus grand territoire, soit jusqu'au 54° parallèle nord. Au début mai, il demeure une bande de neige le long de la péninsule de l'Ungava, de Inukuak à Mosquito Bay. Le centre est dégagé à l'exclusion de plusieurs lacs tels le lac à l'Eau Claire, le lac Minto et le lac Couture. Au nord de ce dernier, la ligne de neige continue se rend jusqu'au sud de la rivière Arnaud qui commence à dégeler. Les Torngat sont couverts de nuages mais la côte est de la baie d'Ungava est dégagée. Au début juin, la neige recouvre toujours les Torngat. Les collines de Povungnituk et la région au nord de la rivière Arnaud sont encore enneigées. Plus au sud, quelques lacs dont le lac à l'Eau Claire et le lac Payne demeurent gelés. L'image du 16 octobre ne révèle aucune trace de neige, du moins sur les territoires qu'offrent quelques percées dans les nuages.
6.2.6. Printemps 1985
13 mai (image 2, annexe 2) et 18 juin 1985.
Exceptionnellement, les images du printemps 1985 offrent une vision sans nuage de tout le Nouveau-Québec. Le 13 mai, tout le territoire est encore sous la neige, sauf une ouverture au nord de la rivière La Grande où on enregistra à la fin d'avril que des traces de neige, comparé à 10 cm à Kuujjuarapik, 55 cm à Inukjuak et 118 cm à Kuujjuaq (Environnement Canada, 1985). À la mi-juin, la neige perdure à l'est de la rivière George jusqu'à la côte où les vallées des principales rivières sont cependant dégagées. De plus, à l'ouest de la George et sur la pointe de la péninsule de l'Ungava des plaques résiduelles sont observées.
Quelques lacs demeurent gelés en partie, tels le lac à l'Eau Claire et le lac Couture, ainsi que la rivière Arnaud.
6.2.7. Automne 1985 17 novembre 1985.
L'image du 17 novembre montre une bande située entre les parallèles 55 et 58 nord. Cette bande s'étend de la baie d'Hudson à la côte du Labrador. Le couvert de neige y est très régulier et on note une limite légèrement au nord-est du réservoir Smallwood. Une petite percée de nuage permet de voir que la tête de la Caniapiscau est aussi enneigée. On peut supposer que le territoire intermédiaire (région du lac Bienville) est aussi couvert de neige.
Les vallées des rivières George et Caniapiscau sont encore libres de neige et les cours d'eau ne sont pas gelés; il en va de même pour les lacs importants comme le lac à l'Eau Claire.
Les données météorologiques des stations comprises dans le territoire visible confirment la présence de neige à la fin octobre et un mois de novembre avec des chutes de neige régulières et importantes et ce, sans période de fonte notable (Environnement Canada,
1985).
6.2.8. Printemps 1986
27 mai (image 3, annexe 2) et 26 juin 1986.
Avec les images du 27 mai et 26 juin, on peut cartographier la neige de la baie d'Ungava à la baie d'Hudson et ce, jusqu'au complexe La Grande. Au 27 mai, on peut voir une petite partie de la côte du Labrador et des Torngat, alors que toute la péninsule de l'Ungava et la partie septentrionale des Torngat sont visibles au 26 juin. À la fin mai, une zone de neige discontinue, située dans la région du lac à l'Eau Claire, marque la fin du couvert. Les vallées sont déjà largement ouvertes et plusieurs lacs sont déglacés, sauf le réservoir de LG-2. Sur la côte du Labrador encore enneigée, les fjords sont tous déglacés. Un mois plus tard, on retrouve de la neige au nord de la péninsule de l'Ungava. Comme sur les Torngat et dans le bassin de la rivière George, la neige se retrouve uniquement sur les sommets et sur les interfluves. 1986 semble donc avoir connu un printemps relativement clément, ce qui est confirmé par les données météorologiques. Déjà, à la fin avril, on ne retrouve que 5 cm à LG-2, 8 à LG-4, 2 à Kuujjuarapik et 0 cm à Fermont. Plus haut, Kuujjuaq et Inukjuak ont toutefois 42 et 25 cm de neige (Environnement Canada, 1986).
En mai, les précipitations en neige sont très faibles et juin fut très pluvieux.
6.2.9. Automne 1986
2 septembre et 23 septembre 1986.
Les vallées des principales rivières se jetant dans la baie d'Ungava sont libres de nuage en septembre. La première image couvre aussi toute l'Hudsonie jusqu'au complexe La Grande tandis que la seconde montre la péninsule de l'Ungava et le nord des Torngat. On remarque l'absence de neige au 2 septembre de cette année, sauf pour une bande étroite sur la côte de la baie d'Hudson. Trois semaines plus tard, les sommets des Torngat et de la pointe de la péninsule de l'Ungava sont sporadiquement couverts. Les vallées ne sont pas encore enneigées et les cours d'eau sont tous libres de glace.
6.3. Conclusion
Plusieurs interprétations peuvent être faites à l'examen de ces cartes. Des comparaisons inter-annuelles entre des dates semblables font ressortir des patterns d'enneigement et de déneigement du territoire. D est aussi intéressant d'observer la variabilité de la limite méridionale de la neige à certaines dates.
Pour le printemps, un pattern de déneigement est assez net. Dans l'ouest du Nouveau- Québec, le recul de la limite méridionale de la neige est plus rapide que dans la partie est Au mois de mai, période pendant laquelle cela est le plus évident, la limite est généralement dans la région du lac à l'Eau Claire (57° de latitude), dans l'ouest. Au même moment, la neige couvre encore les territoires sous la latitude 51° au sud du Labrador. Ceci s'explique par l'accumulation de neige plus importante dans ces derniers territoires.
La région du lac à l'Eau Claire est la limite méridionale de la répartition de la neige en mai pour les années 1980 et 1986. Toutefois, des écarts apparaissent d'une année à l'autre. Par exemple, 1984 est exceptionnellement déneigée. En effet, le 7 mai 1984, l'ouest du Nouveau-Québec est plus libre de neige que les 11-13 juin de 1981. L'année 1985, comme 1981, connaît un déneigement beaucoup plus tardif, mais tout de même très rapide car, dès le 18 juin 1985, on ne retrouve de la neige que sur les Torngat et sur les sommets de la péninsule de l'Ungava.
En automne, il est difficile de faire ce genre de comparaison. Les scènes utilisées ne montraient que très peu de surface enneigée, sinon les sommets. L'année 1981 ressort toutefois comme très enneigée en automne, par rapport aux autres années étudiées. Le 25 octobre 1981, la neige couvre le Labrador et ce, jusqu'à la tête des rivières de la Basse Côte Nord. Un enneigement moins important se retrouve le 17 novembre 1985. Il se rend au moins jusqu'au 54 ° de latitude de l'est à l'ouest du territoire. À la même période en 1983, la neige n'atteint que le bassin de la rivière aux Feuilles (environ 58°). Il est donc difficile de voir un pattern d'enneigement, comme nous avons pu le faire pour le déneigement.
Ces interprétations peuvent s'avérer très intéressantes si elles sont utilisées avec les données d'inventaires aériens prises en même temps. On pourrait éventuellement trouver des relations entre les déplacements des caribous et la présence ou l'absence de neige. On peut, par exemple, envisager que l'ouest du Nouveau-Québec est privilégié pour les territoires d'hiver, car on y retrouve moins de neige que dans la région de Schefferville. Ou bien peut-être que le fait que les territoires soient déneigés plus tôt dans la saison favorise les déplacements et l'accessibilité à la nourriture. Si de telles relations peuvent ressortir, la cartographie de la neige tout au long de l'hiver peut s'avérer un outil indispensable de gestion.
7. PERSPECTIVES DE DEVELOPPEMENT ET RECOMMANDATIONS
Les résultats de la cartographie du couvert neigeux décrits plus haut laissent entrevoir les possibilités et les avantages de la télédétection pour les gestionnaires de la faune. Une vision globale d'une situation particulière est donnée par un exercice de cartographie relativement simple et peu coûteux. Il existe des contraintes techniques reliées à l'acquisition des données, mais celles-ci peuvent être contournées, comme nous le verrons plus loin.
On a vu que les images fournies par les satellites NOAA et LANDSAT sont les plus performantes et les mieux adaptées à la cartographie de la neige et à la gestion de la faune. Cette partie traitera de l'utilisation la plus avantageuse qui peut en être faite dans le contexte québécois.
En effet, la très grande superficie du territoire à couvrir, la variabilité de sa topographie et de sa végétation (photos 1, 2 et 3, annexe 1), ainsi que les très longs déplacements des troupeaux, font qu'une approche particulière doit être employée.
7.1 Acquisition des données
Les données dérivées des satellites sont disponibles sous plusieurs formes et les plus couramment utilisées sont: les impressions sur papier, le transparent et le ruban magnétique. Les impressions sur papier et les transparents sont produits dans une gamme de composition colorées.
La première forme est celle qui fut employée dans la présente étude. Elle est la moins coûteuse;
elle est facile d'utilisation et ne nécessite aucun appareillage spécifique. Le transparent fournit un peu plus d'information, mais requiert un équipement audio-visuel pour sa projection et son agrandissement. Ses avantages sont: un intervalle des densités beaucoup plus grand qu'une impression sur papier, la projection peut être faite à n'importe quelle échelle et être superposer à d'autres documents et finalement, ces images sont déjà rehaussées, ce qui facilite l'interprétation.
Le ruban magnétique est plus cher d'acquisition et d'utilisation, car il nécessite un système d'ordinateur pour la lecture des données numériques et le visionnement des images. Il comporte cependant de grands avantages: l'image peut être affichée dans différentes bandes spectrales, une à la fois ou en composés fausses-couleurs et des traitements d'images peuvent être effectués.
Les limites de la photographie réelle et de l'interprétation visuelle ont été expérimentées lors du présent travail. À la lumière des résultats et avisés des travaux antérieurs de chercheurs qui oeuvrent dans le même domaine, il pourrait être souhaitable d'employer les données numériques.
L'exemple de cartographie de la neige a montré la qualité des documents NOAA et permis de développer une méthode efficace et précise pour une échelle au 1 : 2 000 000.
Pour répondre au délai et pour juger de la valeur des résultats, des documents d'archives ont dû être utilisés. Ils offrent l'avantage d'être intégrables aux données biologiques historiques et de connaître l'évolution temporelle des conditions des habitats du caribou. Toutefois, on se trouve fort limité par le choix des documents malgré les fréquences élevées de passage des satellites. Dû à une rationalisation des services fédéraux en documentation ou archivage, très peu d'images NOAA sont conservées. Ceci diminue largement le choix d'images de qualité.
Cette contrainte technique nous oblige à envisager une méthodologie plus dynamique et plus actuelle. L'étape suivant ces travaux exploratoires devra se faire en utilisant des documents contemporains ou en temps quasi-réel.
Toute l'imagerie NOAA par exemple est accessible pendant les deux semaines suivant le passage du satellite ou de la réception des données par la station. Les délais de livraison de l'imagerie sont de 1 à 3 semaines. Il est donc possible, sur une base opérationnelle, d'acquérir des données relatives aux territoires d'hiver ou aux corridors de migration dans des délais raisonnables pour la réalisation des objectifs.
L'imagerie LANDSAT est difficilement accessible actuellement (début 1987) suite à une réorganisation des services fédéraux qui entraîne des délais parfois importants. Toutefois, dès l'été 1987, les opérations auront repris leur rythme normal et les utilisateurs seront assurés des délais habituels. Les documents TM et MSS sont, pour leur part, archivés en totalité. Ils offrent ainsi une plus grande sélection, celle-ci n'étant limitée que par la couverture nuageuse.
Donc, quelque soit le type de document utilisé, l'échelle de travail ou les objectifs particuliers, les analyses et même la recherche seront plus rentables si elles sont effectuées dans un cadre actuel plutôt qu'historique. Ceci est valide autant pour l'interprétation visuelle d'images que pour le traitement numérique de ces dernières.
7.2. Interprétation visuelle
L'utilisation d'images contemporaines nécessite un suivi des conditions climatiques du secteur d'étude afin de s'assurer d'une couverture nuageuse minimale. De plus, cette procédure offre l'avantage de commander des images de dates spécifiques. On pourra ainsi éviter d'acheter des images où on ne retrouve pas de neige, pour plutôt travailler avec des documents pour lesquels on possède un certain contrôle. Donc, étant dans la possibilité de mieux choisir les dates d'acquisition et de mieux contrôler la qualité des images, il sera possible de pousser davantage l'interprétation visuelle de la répartition de la neige.
En effet, suite à l'étude des images NOAA utilisées pour produire les neuf cartes en pochette, il semble possible d'ajouter un autre niveau d'information à la simple répartition de la neige. En suivant cette procédure d'acquisition, les analystes seraient en mesure de déterminer, régionalement, l'épaisseur de la neige. L'exercice serait plus exigeant, nécessitant l'intégration des données météorologiques disponibles, de la cartographie du couvert forestier (Beaubien, 1984), ainsi que des vérifications de terrain au moment de l'acquisition des images.
Les images TM de LANDSAT fournissent des informations plus détaillées au télé- interprète. Toutefois, il est évident qu'il ne serait pas rentable de les utiliser pour cartographier la neige sur tout le Nouveau-Québec. Comparativement à l'imagerie NOAA, l'aire couverte est bien moindre, mais la haute résolution de 30 m de côté permet une analyse de détail fort intéressante (image 4, annexe 2). Malheureusement, compte tenu des problèmes actuels d'accessibilité des images, il nous a été impossible d'acquérir des scènes pouvant clairement démontrer cette capacité.
Une expérimentation fiable nécessite des données de terrain précises. La télé-interprétation de scènes couvrant des ravages actifs, connus et documentés, à des dates précises permettrait d'élaborer une méthodologie fiable. Les traces de broutage, les puits d'alimentation (photos 8, annexe 1) et surtout les pistes, boulevards et ravages sur les plans d'eau (photos 4 à 7, annexe 1) sont des éléments qui pourraient être perceptibles s'ils sont d'envergure et de concentration importantes. Le survol des ravages lors de l'inventaire de février 1987 sur le territoire de la Baie James a permis cette observation. Il va de soi que de fortes concentrations de ces traces sont directement reliées au nombre de caribous regroupés. La détection de ces traces est donc une information très pertinente pour les gestionnaires.
Finalement, en combinant l'utilisation des documents NOAA et LANDSAT, un niveau d'information relativement élevé peut être atteint par l'interprétation visuelle. Par exemple, NOAA permet de cartographier la répartition et éventuellement l'épaisseur relative de la neige. L'étude des images TM de certains secteurs, critiques ou ambigus sur les images NOAA, donne des informations détaillées sur les épaisseurs de neige et le niveau d'englacement des plans d'eau (images 1 et 4, annexe 2). La combinaison de tous ces facteurs devient alors très utile en ce sens qu'elle permet de mieux comprendre et, éventuellement, de prévoir les mouvements des caribous du Nouveau-Québec.
7.3. Traitement numérique
Le traitement de données numériques permet de dépasser les limites de l'interprétation visuelle. Comme nous le verrons, il augmentera la qualité et la précision de la cartographie de la neige et permettra la reconnaissance des secteurs d'hiver. Surtout, nous serons alors en mesure de caractériser les habitats d'été du caribou et de déterminer les sites potentiels des différents secteurs.
7.3.1. La neige et les habitats d'hiver
En travaillant à partir du ruban magnétique, on a accès à l'information contenue dans trois domaines du spectre électromagnétique (visible, proche infra-rouge et infrarouge). Ceci permet, via différentes combinaisons, d'extraire l'information sans autres frais que le temps de traitement numérique des images. Lorsque l'on travaille avec des documents NOAA, par exemple, le problème de distinction entre la neige, les nuages et le sol dégagé peut être réglé en utilisant deux canaux, soit un dans le visible et un dans le proche infrarouge. Un élément ayant une forte réflectance dans le visible mais une faible réflectance dans le proche infrarouge sera classé comme de la neige. Celui qui aura une forte réflectance dans les deux bandes sera classé comme nuage, alors qu'un élément ayant une faible réflectance dans le visible et une moyenne réflectance dans le proche infrarouge sera, quant à lui, classé comme secteurs sans neige (Barnes and Smallwood, 1975). Un nouveau AVHRR est planifié (AVHRR-3) pour les NOAA-K, -L et -M projetés et prévoit l'addition d'un sixième canal (1,58 - 1,64), rendant aussi possible une meilleure discrimination entre les nuages et la neige. De plus, le AVHHR-3 améliorera les caractéristiques de réponse spectrale dans le visible et le proche infrarouge des canaux 1 et 2 (Koczor et Comeyne,
1985).
En plus de visualiser l'information dans différentes bandes spectrales, il est possible d'effectuer des traitements sur les valeurs numériques des données. Certains sont appelés
prétraitements et s'effectuent avant le traitement proprement dit. Les prétraitements incluent des transformations des données géométriques et radiométriques, des rehaussements, etc. Les traitements géométriques et radiométriques sont nécessaires pour corriger la distorsion, les effets topographiques et les changements d'illumination causés par la variation de la hauteur du soleil (Lillesand et al, 1982; Sogaard, 1985). Les rehaussements serviront, comme le nom l'indique, à accentuer certains contrastes, à faire ressortir des informations peu visibles ou masquées. Par la suite, une classification supervisée peut être effectuée; on utilise pour cela des sites d'entraînements, c'est-à-dire des secteurs où l'on est certain qu'il s'agit de neige, de sol dégagé, de couverts végétaux spécifiques, de lacs et rivières, etc. Les sites d'entraînements permettent d'extraire les valeurs de pixels correspondants et de connaître la moyenne, la variance et la covariance (Lillesand et al, 1982). Une procédure automatisée permet ensuite de reconnaître les éléments d'une même classe pour tout le territoire étudié (Bowley et al, 1981).
Les types de prétraitements et de traitements proprement dits sont multiples; il revient au chercheur-analyste de choisir, à la lumière de son expérience et des travaux antérieurs réalisés sur le même sujet, lesquels seront les plus profitables pour les buts poursuivis.
7.3.2. Les habitats d'été
Bien qu'il soit hasardeux de décrire et de caractériser systématiquement les différents habitats fréquentés par le caribou, il est possible de dégager certains éléments (végétal, physiographique) propres à chacun des biomes végétaux avec lesquels les caribous sont appelés à entrer en contact au cours de leurs déplacements saisonniers.
Du nord au sud, on retrouve d'abord la toundra arctique qui constitue l'habitat d'été préférentiel, la toundra forestière, associée à l'habitat d'hiver et finalement la forêt boréale.
Deux types de toundra arctique sont identifiés. La toundra arctique est caractérisée par l'absence d'arbres et la présence de landes recouvertes de bosquets d'éricacées principalement, entremêlées de tapis licheniques. La toundra du Labrador, pour sa part, est plus rocailleuse et dominée par une couverture de graminées et de carex. Ces hauts plateaux constituent également l'aire de mise bas la plus fréquentée depuis 1981 dans le cas du troupeau de la rivière George.
Notons également que la tourbière, souvent réticulée et entourée de pessière, constitue aussi un site de mise bas recherché (Hayeur, 1979). Ces milieux sont fréquentés en été à cause de l'exposition aux vents de la mer et de l'élévation (Juniper, 1982).
