CARTOVEGE

CARTOgraphie par télédétection des formations végétales et des habitats, et production d’inférences des effets des changements globaux sur l’occurrence des espèces VEgétales à des fins de GEstion et de préservation des espaces naturels

PRÉSENTATION

Après avoir défini une classification de la végétation des îles subantarctiques Françaises, nous combinerons des approches de cartographie de la végétation par télédétection à des modélisations de l’occurrence potentielle des espèces végétales. La cartographie de la végétation et des habitats, et leurs trajectoires futures, constitueront des supports d’aide à la gestion de ces îles.

La température croît à un rythme sans précédent dans de nombreuses régions du globe, en particulier dans les régions alpines et polaires. Ces changements induisent une redistribution des espèces et des modifications des habitats naturels et semi-naturels, avec des répercussions sur les communautés et les services écosystémiques. De plus, les caractéristiques de nombreux habitats sont modifiées par les activités anthropiques et les espèces exotiques envahissantes végétales et animales. En remodelant la distribution des espèces, la composition et les fonctionnalités des habitats, ces changements ont des effets sur la santé de la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. Au niveau des communautés végétales, les processus d'homogénéisation des biocénoses et de perte d'espèces natives qui découlent de ces changements sont également amplifiés par l’incursion d’espèces exotiques. Face à ces enjeux, il est urgent de disposer de cartographies de la biodiversité à différentes échelles, associées à une modélisation des différents facteurs régissant la distribution de cette diversité dans le temps et dans l’espace. L’acquisition de ces connaissances est d’autant plus importante pour la conservation et la gestion des espaces protégés en France, telles que les réserves naturelles.

Les archipels de Crozet et Kerguelen, inclus dans la réserve naturelle nationale des Terres australes françaises (RNN TAF) offrent un intérêt particulier en raison de leurs paysages originaux (Figure 1) et du nombre d’espèces endémiques et à forte valeur patrimoniale qu’elles hébergent. Ces caractéristiques ont conduit en 2019 au classement de ces îles au patrimoine mondial de l’UNESCO. Depuis le milieu des années 50, ces îles subissent des changements climatiques significatifs, marqués par une augmentation de la température annuelle, une réduction du nombre de jours de gel hivernaux, et des déficits hydriques (pluviométrie) de plus en plus fréquents durant les périodes estivales. Ces changements, couplés aux perturbations anthropiques, ont facilité l’établissement et l’expansion de plantes allochtones dont la prolifération amplifie les menaces pesant sur la biodiversité native.

Figure 1: (gauche) Complexe de végétation de la Vallée des Branloires (Ile de la Possession , IIes Crozet) (droite) Complexe de végétation au pied du Doigt de Sainte Anne (Iles Kerguelen) © R. Poncet (UMS PatriNat).

Dans ce contexte, la conservation de la flore et la préservation des habitats constituent des défis majeurs pour le gestionnaire de la RNN TAF, qui doit disposer d’outils d’aide à la décision pertinents. Des connaissances de la répartition spatiale des espèces, couplées à des informations sur la nature des milieux qu’elles occupent préférentiellement (pédologie, topographie, climatologie locale) sont ainsi indispensables. De telles informations synoptiques sur les espèces végétales et les habitats menacés restent parcellaires à l’échelle des territoires de la RNN, pour lesquels il n’existe pas de cartographie complète de la végétation, bien qu’ils abritent de nombreuses espèces et habitats rares et menacés.

La modélisation cartographique par apprentissage machine basée sur des données de télédétection satellitaire, couplée à des relevés de terrain, est le moyen le plus efficace pour cartographier la végétation à large échelle et appliquer des méthodologies homogènes et reproductibles qui permettent des mises à jour à coûts maîtrisés et comparables temporellement et spatialement. Les méthodologies qui s’appuient sur des algorithmes de classification supervisée des images par apprentissage machine donnent des résultats d’une grande fiabilité. Afin d’exploiter pleinement le potentiel de la télédétection dans un outil d’aide à la décision, il est crucial d’y apporter une dimension prédictive, en corrélant des séries temporelles à large échelle de la distribution des espèces aux caractéristiques biophysiques du milieu qu’elles occupent.

Dans ce projet, nous proposons d’élaborer un outil cartographique d’aide à la décision, produisant des informations à différentes échelles spatio-temporelles et combinant la cartographie par télédétection de la végétation actuelle ou antérieure et la modélisation de l’occurrence potentielle d’espèces végétales clés (Figure 2). Cet outil améliorera l’efficacité des actions mises en œuvre dans le périmètre de la RNN TAF, en particulier le second plan de gestion de la RNN TAF (2018-2027). Dans une première approche, nous allons définir une classification de la végétation de ces îles. Cette classification (ou typologie) est un préalable nécessaire à la classification des images satellitaires mais sera aussi un support pour les informations de la distribution des espèces, plus particulièrement celles qui doivent faire l’objet de mesures de gestion. Dans un second temps, nous définirons les zones de distribution potentielle des espèces végétales, et notamment des espèces emblématiques (à fort enjeu de conservation) des îles subantarctiques Françaises.

Figure 2 : Cartographie de la végétation de trois îles du Golfe du Morbihan (Iles Kerguelen, Terres Australes et Antarctiques Françaises) © D. Fourcy - INRAE

L’outil d’aide à la décision multiscalaire (différentes échelles spatiales, temporelles et biologiques) que nous proposons s’appuiera sur nos suivis floristiques des îles Crozet et Kerguelen sur le terrain, sur différentes imageries satellitaires ou aériennes, sur une typologie adéquate de la végétation et sur des méthodologies d’analyse d’image et de modélisation prédictive. Cette approche, transférable à d’autres territoires, est nouvelle et va permettre de fiabiliser la manière dont les zones seront priorisées lors de la mise en place de plans de gestion. Ce projet constitue également une opportunité unique pour accroitre notre compréhension des effets interactifs des changements climatiques et des espèces allochtones sur la dynamique de la biodiversité. Cet outil, offrira deux types de sorties complémentaires concernant la végétation et les habitats : (a) d’une part un état des lieux réalisé selon une méthodologie reproductible et assorti de métriques de confiance sur les résultats, et d’autre part (b) une simulation des changements potentiels selon divers scenarii. Cette simulation sera nourrie de l’état des lieux antérieur, et sera évaluée a posteriori par un état des lieux ultérieur. Cette double capacité descriptive et prédictive, assortie d’une capacité d’auto-évaluation fait toute la puissance d’un tel outil pour les gestionnaires d’espaces protégés. Cet outil fournira des avancées significatives en termes de redéfinition des paramètres des modèles prédictifs visant à évaluer les impacts futurs des changements climatiques sur les communautés végétales.

TERRITOIRES D'EXPÉRIMENTATION

Terres Australes et Antarctiques Françaises : Archipels des Iles Crozet et des Iles Kerguelen

DONNÉES

Satellite

• Données et imagerie satellitaires à haute résolution spatiale et/ou spectrale (Pléiades, Spot 6/7, WorldView, QuickBird, ALOS, etc).

• Données radar (Sentinel 1) : Approche pour tentative de conversion de ces données en indices sur la végétation et les milieux (NDVI, NDWI, etc.) afin de disposer de données régulières de suivi couvrant l’ensemble des territoires.

• Infrastructures Dinamis (Data Terra) et Copernicus.

Autres

• Données météorologiques

            - Séries chronologiques de données microclimatiques in-situ (SoilTemp)

            - Données climatiques (actuelles et futures) à haute résolution (Projet de l’Institut Polaire Français IPEV136, WorldClim, MerraClim, CHELSA, TerraClimate, Météo-France)

• Outils statistiques

           - Modèles de distribution des espèces : modèles corrélatifs, hybrides et mécanistes (MaxEnt, RandomForest…)

           - Interpolation statistique (modèle GWR 14) et prédiction du topoclimat.

• Données terrain

           Base de données Habitats-Flore-Invertébrés cogérée par la RNN TAF et le projet SUBANTECO IPEV/136 ; cette base de données compile une description des habitats, et des données géo-référencées dans le temps et dans l’espace de la flore et des invertébrés des Iles Crozet et Kerguelen. Ces relevés seront complétés au cours du projet pour renforcer les jeux de données d’apprentissage machine : affinements typologiques, expertise sur les données déjà disponibles, acquisition de matériel adapté aux modélisation, échantillonnage de validation, etc.

• Données de la littérature

           Connaissances issues de la littérature : invasions biologiques, autoécologie et synécologie des espèces natives et non-natives, phytosociologie.

RÉSULTATS - PRODUITS FINAUX

• Bancarisation des données de la distribution géoréférencée des plantes dans la Réserve naturelle nationale des Terres Australes (RNN TAF), des images satellites et des données microclimatiques servant à la construction de la cartographie des habitats et de la végétation.
•  Production d’une première typologie des formations végétales des Terres Australes Françaises (mise en correspondance entre les données naturalistes disponibles et la typologie des habitats).
• Cartographie par modélisation des habitats et de la végétation de la RNN TAF, sur la base du matériel disponible (données naturalistes et variables explicatrices).
• Cartographie comparative de la modélisation des habitats des îles de l’archipel Crozet : Ile de l’Est et Ile aux Cochons, toutes les deux en réserve intégrale, vs. Ile de la Possession afin d’évaluer l’effet des changements climatiques en l’absence de perturbation anthropique.
• Intégration des informations sur la typologie des habitats dans la base de données HABREF, révision du matériel d’apprentissage et des variables explicatrices.
• Alimentation, avec les modèles de distribution des habitats que nous produirons, de la base de connaissance de l’INPN sur la connaissance de la distribution des habitats.
• Prédictions des changements de distribution des plantes dans la RNN TAF selon différents scenarii ; transmission d’information à la RNN TAF pour une gestion optimisée de la biodiversité de ces îles
• Production d’un référentiel polyvalent pour la classification des formations végétales de la RNN TAF

PROJETS LIÉS

• Projet de l’Institut Polaire Français Paul-Emile Victor IPEV 136 ‘SUBANTECO’ (Subantarctic biodiversity, effects of climate change and biological invasions on the terrestrial biota’, 2018-2021, puis 2022-2025)
• Projet H2020 BiodivERsa call 2019-2020 Biodiversity and Climate Change ‘ASICS’ (ASsessing and mitigating the effects of climate change and biological Invasions on the spatial redistribution of biodiversity in Cold environmentS)
• SoilTemp : une base de données mondiale des données microclimatiques du sol et à la surface du sol
• Zone Atelier InEE-CNRS Antarctique et Terres Australes : suivis à long terme de la biodiversité et des écosystèmes antarctiques et subantarctiques.

Les actus du projet

• 03/10/2022 : Cartovege stimule la science et l'OT en organisant un séminaire scientifique d'analyse de données et par sa participation au colloque international Intecol 2022

• 30/09/2022 : Présentation du projet Cartovege et de ses avancées lors de la 6ème Trimestrielle du SCO France sur le thème Suivre l’évolution des zones naturelles par télédétection

• 14/09/2021 : Satellites, étonnants alliés de la biodiversité : présentation du projet Cartovege au Congrès Mondial de la Nature UICN 2021