CONTRIBUTION DE LA TELEDETECTION SPATIALE A LA CARTOGRAPHIE DE L'OCCUPATION DU SOL ET DES BIOTOPES POTENTIELS A GLOSSINES. CAS DES PLATEAUX DE L'ADAMAOUA CAMEROUNAIS

Gérard DE WISPELAERE

Résumé : La confection de Systèmes d'Information Géographique (SIG) pour faciliter les décisions dans les moyens de lutte contre la trypanosomose animale, passe par la cartographie d'un certain nombre de variables dont les types de végétation et plus généralement de l'occupation du sol. Les images numériques des satellites à haute résolution spatiale (LANDSAT TM et SPOT HRV) fournissent une source d'information à la fois précise et synoptique pour réaliser ces cartes à partir d'enquêtes sur le terrain brèves mais spécifiques.

L'exemple présenté, en Adamaoua camerounais, illustre le type de résultats obtenus par le traitement des données satellitaires SPOT pour la cartographie des types de végétation et l'occupation du sol en zone d'infestation par Glossina morsitans sub-morsitans.

Les résultats obtenus sont analysés ainsi que leur intégration dans un SIG adapté à un programme de lutte contre l'infestation glossinaire.

1. CADRE GEOGRAPHIQUE DE L'ETUDE

L'objectif de l'étude, support de cette publication, est de tester, à la demande et pour le compte de la Mission Spéciale d'Eradication des Glossines (MSEG) du ministère de l'Elevage, des Pêches et des Industries animales, les capacités des images satellitaires à haute résolution pour dresser une cartographie des gîtes potentiels à glossines dans une zone expérimentale de l'Adamaoua au Cameroun.

La zone d'étude est située dans le plateau de l'Adamaoua camerounais au nord-est de Tignère (fig. 1). Le climat est classé comme semi-humide d'altitude avec une pluviosité moyenne annuelle de 1 400 mm.

Le plateau proprement dit a une altitude de 1 100 m et la végétation appartient aux types “savanes arbustive et arborée”. Les reliefs sont bien marqués avec des sommets à plus de 1 800 m et les plus élevés portent une végétation de prairie à Sporobolus africanus très exploitée par les troupeaux des Mbororo. La limite ouest du plateau est marquée par une forte dénivellation qui assure la transition avec la plaine Koutine dont l'altitude moyenne est de 700 m.

L'occupation agricole des terres est faible, mais les feux de brousse sont nombreux, principalement sur le plateau et dans la plaine Koutine.

2. METHODOLOGIE

Si les savanes boisées à Isoberlinia doka sont reconnues comme des biotopes potentiels à G. morsitans submorsitans, les savanes à Monotes kerstingii et à Uapaca togoensis le sont plus encore selon les dires des spécialistes. Il y aurait même, dans la zone d'étude, une forte corrélation entre ces savanes boisées et la présence de G. morsitans submorsitans (D. CUISANCE, communication orale).

La présente expérimentation, inédite, tente-donc d'identifier, de localiser et de cartographier les différents types “d'habitats glossinaires” de la région par le biais d'une cartographie des formations végétales ligneuses des savanes, et en particulier par la discrimination des formations à Monotes kerstingii et Uapaca togoensis.

Cette problématique nécessite une typologie physionomique de la végétation ligneuse adaptée aux données satellitaires.

La reconnaissance, et l'identification, des formations végétales sur une image satellitaire, supposent plusieurs conditions de prises de vue et d'enquêtes sur le terrain.

Les prises de vue satellitaires doivent être réalisées à l'époque où les végétations ligneuse et herbacée sont le plus contrastées possible entre elles, sans nuages ni brumes sèches et avec un minimum de traces de feux.

Les enquêtes sur le terrain sont indispensables pour établir une relation, aussi étroite que possible, entre la réalité sur le terrain et l'image. Les observations sur le terrain ont également pour objectif d'établir la typologie des types de végétation, au niveau de perception du capteur satellitaire, lequel correspond, avec SPOT, à des entités de paysages et d'états de surface.

Influence du stade phénologique des strates ligneuses

Le calendrier de feuillaison varie avec les espèces et avec des réactions aux feux courants. En mars-avril une majorité de ligneux prennent leurs feuilles. Les Isoberlinia, les Lophira, les Terminalia sont dans ce cas et les couronnes sont d'un vert vif contrastant fortement avec l'environnement. Inversemment, les Monotes et les Uapaca sont encore pratiquement défoliés, bien qu'ils ne perdent pas totalement leur feuillage. Inversement, en novembre et décembre, ces derniers ont encore un feuillage dense alors que la majorité des autres ligneux ont perdu le leur.

Les paysages en novembre et en mars sont donc différents. La conséquence est que les images enregistrées, en novembre et décembre, visualisent une situation où le stade de feuillaison contraste avec celui observé lors des missions sur le terrain (février-mars).

Fig. 1

LOCALISATION DES SCENES SPOT

(acquises en décembre 1990)

Or, les images satellitaires, et en particulier celles de SPOT, sont particulièrement sensibles au degré d'activité chlorophyllienne des végétaux. Si, comme on a pu l'observer, les Monotes et les Uapaca ont une prise de feuillage décalée par rapport aux autres ligneux, il serait alors possible de discriminer ces deux groupes de formations.

Mais il serait souhaitable de pouvoir effectuer la démarche inverse, c'est-à-dire de disposer, d'images de février-mars pour comparer les situations.

3. LES ENQUETES SUR LE TERRAIN

3.1. Les relevés floristiques

Les enquêtes sur le terrain se sont déroulées en fin de saison sèche (mars 1991 et février 1992) alors que les images ont été enregistrées en novembre et décembre 1990 en début de saison sèche, soit un décalage important sur le plan de la phénologie de la végétation.

Plus de 40 relevés floristiques ont été réalisés au cours de ces missions.

Les sites d'enquêtes ont été sélectionnés sur le terrain par choix raisonné, à l'aide d'agrandissement de compositions colorées à 1/100 000 des images SPOT, en fonction des possibilités d'accès et des caractéristiques colorées des images, celles-ci étant, en principe, liées à un type de paysage.

Chaque site d'enquête a été localisé en coordonnées géographiques à l'aide d'un récepteur du système de positionnement satellitaire “Global Positioning System (GPS)”. Ces coordonnées, enregistrées dans le référentiel géodésique des satellites du réseau GPS, ont été ensuite transformées en coordonnées cartographiques UTM par le service géodésique de l'Institut Géographique National français à Saint-Mandé.

Les observations ayant été effectuées en fin de saison sèche, les relevés floristiques ont porté uniquement sur les strates ligneuses arbustives et arborées des savanes, sans enquêter dans les galeries forestières.

Les estimations de recouvrement global furent effectuées par observation directe de la proportion de ciel visible à travers la canopée. Elles sont donc influencées par le niveau de feuillaison au moment de l'observation et donc variables en fonction du stade phénologique, mais surtout ces évaluations sont très sensibles à l'expérience de l'observateur. Un seul site, a fait l'objet d'un comptage exhaustif, à des fins de formation, selon la technique du comptage circulaire sur 1 ha. Cette technique, malheureusement très longue, mériterait d'être reproduite aux deux principales saisons de végétation, sur les mêmes sites, pour étalonner les observations quant à la description des couverts ligneux.

A cet égard, le comptage sur des photographies aériennes verticales agrandies, à des échelles voisines du 1/10 000, permettrait une bien meilleure précision pour un travail moindre.

Typologie physionomique de la végétation de la zone d'étude

Les forêts claires
Formation végétale dont la strate arborescente reste ouverte bien que supérieure à 60 p. 100.

Les savanes boisées
Formation végétale comportant une strate herbacée continue et une strate ligneuse où les arbres dominent sur les arbustes avec un couvert ligneux total compris entre 35 et 60 p. 100.

Les savanes arborées
Formation végétale dont le couvert ligneux total est inférieur à 35 p. 100 et dans lequel la strate arborée domine sur la strate arbustive. En dessous de 15 p. 100, la savane arborée est “claire”. Une savane arborée peut être dénommée savane verger ou savane parc lorsque les arbres qu'elle présente sont isolés mais de belle taille.

Les savanes arbustives
Une savane est arbustive lorsque la strate ligneuse est principalement composée d'arbustes dont le couvert est compris entre 5 et 40 p. 100. De 5 à 10 p. 100, la savane arbustive est dite “claire” et “dense” de 30 à 40 p. 100.

Les savanes herbeuses
Une savane est herbeuse lorsque le couvert ligneux est inférieur à quelques pour cent.

Les prairies
Formation herbeuse d'altitude.

3.2. Les levés cartographiques

Faute de disposer de cartes topographiques précises et récentes, il a fallu “lever” sur le terrain, durant la mission de février 1992, les coordonnées géographiques (x, y et z) d'un certain nombre de points dits “points d'amers” identifiables avec précision sur les images. Il s'agit de détails topographiques caractéristiques tels que croisements de pistes, de ponts, etc. Outre ces repères, tous les villages traversés ont été identifiés et localisés. Enfin, certaines pistes non visibles sur les images, ont également été levées.

4. LES TRAVAUX DE TELEDETECTION

4.1. Les données utilisées

Deux scènes SPOT ont été acquises spécialement pour le projet (fig. 1) par une demande de programmation effectuée en septembre 1990, aucune image antérieure n'étant disponible, sur cette région, au catalogue de la société SPOT IMAGE.

Il s'agit des scènes référencées:

KJ 84/334 enregistrée le 28 décembre 1990 pour la région de KONTCHA;
KJ 85/335 enregistrée le 02 décembre 1990 pour la région de TIGNERE.

Ces scènes, en mode multispectral à 20 m de résolution, sont d'excellente qualité malgré de fréquents feux courants qui marquent dans le paysage. Elles ont été livrées par SPOT IMAGE au CIRAD-EMVT fin janvier 1991.

Les données de cartographie topographique, datant de 1955, sont en revanche totalement périmées. En outre, étant issues d'une préparation photogrammétrique dite “expédiée”, elles ne seront pas utilisables pour la rectification des images SPOT.

4.2. Les prétraitements géométriques

Il s'agit essentiellement des rectifications géométriques des images numériques, c'est-à-dire la transformation du niveau de prétraitement 1 B, niveau brut dans lequel on été achetées les images, en niveau cartographique, ou niveau 2, pour permettre le positionnement des sites enquêtés sur le terrain et la superposition de la carte, résultante des traitements, sur un fond cartographique régulier. Ne disposant pas de ce type de document, il a fallu faire réaliser par l'IGN une grille de correction en coordonnées UTM et recalculer les coordonnées géographiques de tous les points levés au GPS sur le terrain.

L'image ainsi corrigée, si elle ne possède pas tout à fait les caractéristiques géométriques d'une carte régulière, puisque les déformations liées aux reliefs et aux angles de prises de vue n'ont pas été corrigées, faute d'un modèle numérique de terrain, présente un niveau de qualité bien supérieure à celui de l'ancienne carte topographique de 1955.

4.3. Classification thématique

Une classification, en télédétection, a pour objectif de réaliser une représentation cartographique, la plus fidèle possible de la réalité, à partir des valeurs spectrales des pixels composant l'image numérique “source” (canaux bruts ou dérivés) selon une nomenclature définie (légende).

Les méthodes de classification utilisées dans ce travail appartiennent à celles dites “supervisées” c'est-à-dire qu'elles dépendent de l'assistance et des décisions d'un praticien.

Cette assistance est à la fois taxonomique, par la définition des catégories de paysages (ou taxons) et géographique puisque les décisions sont fondées sur la connaissance de la nature et de la répartition spatiale des objets à cartographier.

A partir des observations effectuées sur le terrain, une légende initiale a été réalisée pour l'étude des caractéristiques spectrales des thèmes.

Le principe de la classification consiste à calculer la matrice de covariance, et le vecteur des coordonnées du centre d'un nuage de points, pour chacune des zones d'entraînement que sont les groupes de pixels, constituant les échantillons représentatifs des thèmes recherchés, identifiés lors de l'étude sur le terrain.

L'examen de l'histogramme bidimensionnel des canaux Sx3 et Sx2 (fig. 2) montre le peu de différence entre les thèmes que l'on cherche à identifier. Les ambiguïtés sont d'autant plus importantes que la variance de la classe est élevée et donc que les ellipses se chevauchent.

Mais le principal problème réside dans la variabilité spectrale du même thème selon sa localisation géographique. Une savane boisée à Monotes, sur le plateau de Tignère, par exemple, n'a pas la même “signature spectrale” sur les reliefs voisins, également boisés, en fonction de l'éclairement et de la pente.

Chaque formation végétale peut donc changer sensiblement de “réponse radiométrique” suivant sa position topographique, indépendamment de son stade phénologique dont il a déjà été question.

On remarque, en particulier, que les formations végétales des reliefs, qui ne différent pas sensiblement de ceux du plateau ou de la plaine Koutine, ont des réponses spectrales beaucoup plus élevées que les autres. Les versants à l'ombre, avec une végétation identique, sont extrêmement différents de ceux qui étaient exposés au soleil lors de la prise de vue.

D'une manière générale, les réponses spectrales des formations de la plaine Koutine diffèrent également beaucoup de celle du plateau de Tignère.

On constate notamment, que la distinction entre savane arbustive et savane arborée n'est pas très fiable, pas plus d'ailleurs que celle entre une savane arbustive dense et une savane boisée. La discrimination des structures de végétation n'est pertinente que dans les cas où elles sont directement liées à la densité du feuillage des couronnes de la formation au moment de la prise de vue.

Les classifications reposant sur la séparation radiométrique des objets, il est exclu de discriminer, par la seule procédure radiométrique, des types de végétation dont les valeurs spectrales sont localement confondues. Aussi a-t-il été nécessaire d'utiliser d'autres procédés pour lever un certain nombre d'ambiguïtés.

En particulier, les images ont été découpées, par Photo-Interprétation assistée à l'Ordinateur (PIAO), en trois ensembles pour la zone de Tignère (zone des reliefs, plaine Koutine, plateau de Tignère)) et en deux pour celle de Kontcha.

Chaque ensemble a ensuite été analysé séparément et les résultats regroupés à la fin.

5. CARTOGRAPHIE DES TYPES DE VEGETATION

5.1. Légende des unités cartographiques

ESPACE ANTHROPISE


V: Zone d'habitation, ville, village.
CJ : Culture et jachère ou savane arbustive dégradée (jachère ancienne).	F : Feux

Ils sont très nombreux dans le paysage, plus sur l'image de Kontcha que sur celle de Tignère où ils sont principalement regroupés sur le plateau proprement dit.

Les feux masquent totalement le type de végétation, mais il semble que ce soit les formations les plus herbacées les plus fréquemment brûlées par les éleveurs pour les repousses de saison sèche. Ils pourraient donc s'apparenter aux savanes arbustives ou arborées les plus claires sans exclusive.

VEGETATION NATURELLE

P : Prairie d'altitude à Sporobolus africanus

Formation très fréquentée par les éleveurs localisée sur les plateaux à une altitude supérieure à 1 200m. Cette formation est très pâturée avec de nombreuses traces de dégradation. La strate ligneuse n'est présente que sous forme de cordons ripicoles le long des axes de thalwegs.

Ps : Prairie surpâturée ou à très faible couverture, faciès de la formation précédente, il occupe les parties sommitales des plateaux mais peut varier en fonction de la saison (R. 22).

Shr : Savane herbeuse ou arbustive claire des reliefs

Végétation des versants des Tchabals et de la falaise de Sadek. La strate ligneuse est claire, mais les cordons ripicoles peuvent être masqués par l'ombre des versants. (R. 23)

Sar : Savane arbustive ou arborée des reliefs

Il s'agit le plus souvent de formations arbustives assez denses, souvent à Monotes et Uapaca mais toujours sur des reliefs d'altitude inférieure à 1 200 m. Les versants à l'ombre ont presque tous été affectés à cette classe, faute de pouvoir discerner une autre formation.

Leur discrimination repose sur un critère topographique et non sur leur réponse spectrale, celle-ci étant très voisine des savanes arborées de plaine.

SAB : Savane arbustive dense ou arborée ou boisée

Cette formation est toujours densément ligneuse, Monotes et Uapaca sont très souvent dominants, (R. 9, 11, 18, 29, etc.) mais on rencontre également des formations à Isoberlinia sp. sans pouvoir les séparer sur les images de cette saison. (R. 32). Les galeries forestières, souvent localisées en tête de thalwegs, sont également regroupées dans cette unité cartographique, n'ayant pas suffisamment de contraste radiométrique pour les individualiser de façon fiable.

Fig 2: Histogramme bidimensionnel des thèmes
Scène de TIGNERE
(Après étalement de dynamique)

Sa : Savane arbustive à arborée

Rarement abondante, cette formation est une transition entre la savane boisée et la savane arbustive plus ou moins anthropisée des plaines et des plateaux (R. 31, 32, 15).

Sac : Savane arbustive ou arborée claire

De loin la formation la plus courante, le couvert ligneux est en général clair, les parcours sont régulièrement brûlés et le réseau de cordons ripicoles, invisibles sur les images SPOT, est assez lâche.

Stc : Savane arbustive très claire

Cette formation est visiblement une forme d'évolution de la savane. Les traces de dégradation sont fréquentes et elles aussi brûlent régulièrement.

Shv : Savane herbeuse des lits majeurs

Avec un caractère nettement hydromorphe, ce type de formation est le plus mal cartographié. Seul son aspect en réseau, le long des cours d'eau, peut le différencier des savanes arbustives ou arborées claires des plaines et des plateaux.

Sy : Savane herbeuse des zones inondables

Cette formation, caractéristique n'a été rencontrée que dans le mayo Mba Kana. Avec une végétation encore bien verte en décembre, cette végétation apparaît très bien dans l'image de la région de Tignère.

6. BILAN SUR L'UTILISATION DE LA TELEDETECTION

Les données satellitaires à haute résolution spatiale offrent de réelles possibilités en cartographie de la physionomie de la végétation tropicale. La différenciation des groupements d'espèces n'a pas été possible. Les unités cartographiques retenues correspondent à une typologie physionomique issue d'une segmentation des formations ligneuses en fonction de la densité du couvert. La réponse spectrale d'une formation végétale varie en fonction de la position de cette formation dans la toposéquence. Il est donc nécessaire, pour obtenir une cartographie fiable, d'utiliser des informations exogènes aux données satellitaires, comme le relief, pour stratifier l'espace en domaines homogènes au sein desquels les relations entre les objects et les images seront constantes. Mais ces méthodes sont complexes et difficilement automatisables. Les traitements ont été longs et délicats, et il a fallu compenser le manque de données de terrain par l'utilisation de photographies aériennes à 1/50 000, qui bien qu'un peu anciennes, on été précieuses pour supprimer certaines ambiguïtés.

Fig. 3

REPUBLIQUE DU CAMEROUN

Région de Tignère

Extrait de la Carte des types de végétation

Fig. 4

REPUBLIQUE DU CAMEROUN

Région de Tignère

Localisation des formations ligneuses denses

Sur le plan thématique, on remarque que les feux de brousse occultent une partie importante de l'espace (sur l'image de Tignère, ils représentent plus de 10 p. 100 de l'espace analysé). Certes les formations les plus boisées sont aussi celles qui brûlent le moins et de ce fait la cartographie réalisée n'est pas entachée de trop d'erreurs.

La carte simplifiée de la figure 4 montre la répartition de différents types de formations ligneuses dans la région de Tignère.

Les formations ligneuse les plus denses, composées en grande partie de Monotes kerstingii et de Uapaca togoensis, se répartissent de part et d'autre d'une ligne médiane formée par les Tchabals Gandaba et Mbana. Des connexions sont possibles entre les zones densément ligneuses de la plaine Koutine à l'ouest et le plateau de l'Adamaoua à l'est, par d'étroites galeries forestières qui franchissent les cols des Tchabals.

La discrimination entre les formations dominées par Monotes kerstingii et Uapaca togoensis et celles à Isoberlinia sp. n'est probablement possible qu'en utilisant simultanément des images de novembre-décembre et de mars-avril.

7. PERSPECTIVES OFFERTES PAR LES SIG

Il apparaît que la détection des gîtes potentiels à Glossina morsitans submorsitans en zone de savanes ne peut être réalisée uniquement par une cartographie des formations ligneuses faite à l'aide de données satellitaires même à haute résolution.

L'utilisation d'autres données, exogènes à la télédétection (telles celles d'hypsométrie, d'hydrographie) est une nécessité pour éliminer une partie des ambiguïtés des classifications. Le suivi de l'extention de l'embroussaillement et la colonisation de nouvelles terres sont également importants pour l'étude de la distribution des Tsé-Tsé. Le mode d'utilisation de l'espace (élevage, faune sauvage, agriculture) sont autant de facteurs qu'il convient de cartographier et d'introduire dans un SIG pour les comparer aux enquêtes glossinaires et déterminer les zones d'interventions prioritaires.

Cependant plus que le nombre de variables, leur pertinence et leur cohérence sont avant tout à rechercher en s'assurant enfin que les SIG ne deviennent pas un objectif en soit, mais qu'ils apportent une réelle aide à la prise de décision.

8. RECHERCHES EN COURS AU CIRAD-EMVT DANS LE DOMAINE DES SIG APPLIQUES AU DEVELOPPEMENT DE L'ELEVAGE

Plusieurs équipes sont engagées dans le développement de SIG dans les programmes scientifiques du département.

Ces programmes, localisés pour la plupart en Afrique, sont essentiellement orientés vers la gestion des espaces.

Au Sénégal, une équipe EMVT, en partenariat avec l'ISRA Dakar, travaille en Casamance, sur l'utilisation de l'espace agropastoral, au niveau des terroirs, par un suivi des déplacements de troupeaux en relation avec les ressources du milieu.

Au Zimbabwe, une autre équipe réalise pour l'ARDA (Agricultural and Rural Development Autority), un SIG sur l'analyse des contraintes qui affectent les producitons animales en milieu traditionnel. A terme, ce type d'outil doit permettre d'élargir et d'adapter la notion d'écopathologie aux sytèmes de production traditionnels des pays du Sud. Un volet d'écologie comparée entre la faune sauvage et le détail tente de réaliser une étude d'impact, sur le milieu, des modes d'exploitation par les ruminants.

Au siège du département, en en collaboration avec nos partenaires, Burkinabé et des autres départements du CIRAD, une étude de faisabilité est projeté sur l'utilisation d'un SIG pour la conception d'un atlas cartographique de la zone agropastorale de l'ouest du Burkina-Faso. La procédure étudiée devrait permettre une approche dynamique de l'occupation du sol et une actualisation aisée des variables à évolution rapide.

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