Cartographie des herbiers de zostères par imagerie hyperspectrale


Un travail préalable de mesures spectroradiométriques a été réalisé au laboratoire pour tester le comportement de différents indices de végétation pour estimer la biomasse des feuilles de zostères g/m². En effet, la plupart des indices comme le NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) ont tendance à saturer pour des fortes biomasses  (Barillé et al., 2009). Des indices hyperspectraux utilisant une longueur d'onde à 705 nm (mSR(705)), moins sensible à la saturation de la bande d'absorption de la chlorophylle a (675 nm) ont ainsi été testés avec succès sur les images hyperspectrales .

  • Comparaisons de données obtenues par l'utilisation de différents indices de végétation pour l'étude de la biomasse de zostères en Baie de Bourgneuf
Indice de végétation des zostères
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Comparaison des biomasses de Z. noltii dans la baie de Bourgneuf obtenues à partir de différents indices de végétation appliqués aux images HySpex. Les pixels noirs au coeur de l'herbier correspondent à une saturation du signal de biomasse et permettent d'identifier les indices les moins sensibles à ce phénomène, en l'occurrence ceux utilisant les longueurs d'onde à 705 nm.

L'analyse des images hyperspectrales acquises lors des campagnes aéroportées au-dessus de l'île de Noirmoutier a permis d'obtenir une première cartographie précise et synoptique de la biomasse des herbiers de Zostera noltii dans la baie de Bourgneuf.

  • Evolution temporelle de la distribution spatiale de la biomasse de zostères Z. noltii dans la baie de Bourgneuf estimées à partir des images hyperspectrales HySpex en 2009, 2010 et 2011.

Nous pouvons constater une augmentation de la surface de l'herbier de Z. noltii entre 2009 et 2011.

  • Synthèses des variations de distribution spatiale des biomasses de Z. noltii dans la baie de Bourgneuf estimées à partir des images hyperspectrales HySpex en 2009, 2010 et 2011.
L'herbier s'est étendu petit à petit à partir du cœur vers sa périphérie, essentiellement vers le large, en demeurant cependant dans des zones bathymétriques comprises entre +4 et +2 m au-dessus du zéro hydrographique. La physionomie globale de l'herbier de Z. noltii dans la baie de Bourgneuf subit ainsi  d'importantes modifications d'année en année. La répartition des herbiers est contrôlée par deux principaux facteurs : la lumière pour la zone intertidale basse, et la dessiccation pour la zone intertidale haute. Les herbiers de la baie de Bourgneuf semblent donc limités à la limite haute de +4 m au-dessus du zéro bathymétrique, la dessiccation étant trop importante au-dessus, et +2 m pour la limite la plus basse, la lumière provenant à la plante n'étant certainement pas assez importante à marée haute. La limite des herbiers est en outre généralement nette dans la partie la plus basse. Les valeurs de biomasse obtenues à partir du calcul du mSR(705) montrent également des variations au cours des 3 années. Les surfaces couvertes par des fortes biomasses sont beaucoup plus importantes en 2011 qu'en 2010 ou 2009, avec une très forte augmentation de la superficie des herbiers caractérisés par des biomasses de plus de 75 g PS (Poids Sec).m-2 (80 ha de plus en 2011 par rapport aux deux autres dates). Il semble donc que l'herbier ait vu sa densité augmenter entre ces 3 dates, à la fois à la périphérie et au centre de celui-ci, en ayant moins de surface occupée par les biomasses comprises entre 0 et 50 g PS.m-2  (30.9 ha en 2011) et plus de 40 ha pour les deux autres années). Les biomasses les plus fortes (plus de 150 g PS.m-2) demeurent cependant toujours au cœur de l'herbier et non en périphérie pour les 3 dates. Les résultats obtenus sur les images de 2010 et 2011 ont également été comparées à des mesures de terrain réalisés simultanément à l'acquisition des images. Les estimations réalisées à partir de l'image sont proches des valeurs de terrain, ce qui indique que la méthode est adaptée pour estimer les biomasses des herbiers par télédétection hyperspectrale.


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Bibliographie

Barillé, L., Robin M., Harin N., Bargain A., Launeau P. (2009). Increase in seagrass distribution at Bourgneuf bay (France) detected by spatial remote sensing. Aquatic Botany, 92, 185-194.

Résultats issus de la thèse d'Annaelle Bargain :
Bargain. A., 2013. Etude de la structure et de la dynamique des herbiers de zostera noltii par télédétection multi-et hyperspectrale. Thèse de Doctorat de l'Université de Nantes. 246 p.
Le programme GEOPAL (Etat - Région des Pays de la Loire - FEDER) et l'OSUNA financent ce service régional SOHLA de 2010 à 2013.
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Les métadonnées et données seront prochainement disponibles.