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Coalescence de l'écologie du paysage littoral et de la technologie aéroportée du LiDAR ubiquiste.

Collin, Antoine (2009). Coalescence de l'écologie du paysage littoral et de la technologie aéroportée du LiDAR ubiquiste. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 261 p.

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Résumé

La frange littorale englobe un éventail d'écosystèmes dont les services écologiques atteignent 17.447 billions de dollars U.S., ce qui constitue la moitié de la somme totale des capitaux naturels des écosystèmes de la Terre. L'accroissement démographique couplé aux bouleversements provoqués par le réchauffement climatique, génèrent inexorablement de fortes pressions sur les processus écologiques côtiers. L'écologie du paysage, née de la rencontre de l'écologie et de l'aménagement du territoire, est susceptible d'apporter les fondements scientifiques nécessaires à la gestion durable de ces écosystèmes littoraux. Cette discipline vise à comprendre les interactions entre l'organisation des structures spatiales, les processus écologiques et les échelles mises en jeu. Les problématiques littorales doivent bénéficier d'un suivi à haute résolution spatiotemporelle, et ce, sur des étendues régionales. Les techniques de relevés par télédétection aérienne peuvent répondre efficacement à ces exigences. C'est dans ce contexte que s'inscrit cette recherche doctorale. Ses objectifs sont de déterminer les caractéristiques de l'écologie du paysage littoral, d'évaluer les potentialités d'applications écologiques d'une nouvelle technique de relevés aériens, le LiDAR, et de tisser des liens entre la discipline et la technologie afin d'aider à la gestion durable des écosystèmes littoraux, i.e., intertidaux et infralittoraux. Basées sur cinq publications, les avancées déterminantes de la coalescence de l'écologie du paysage littoral et du LiDAR ubiquiste ont été investiguées, à partir de campagnes réalisées en Gaspésie (Québec, Canada), en fonction de leur assise écologique: infralittoral, intertidal, et la réunion des deux. Ainsi, le traitement multivarié des paramètres issus des formes d'onde LiDAR et des variables écologiques, dérivées des campagnes océanographiques, a permis de classifier quatre habitats benthiques avec une performance de 82.1 % sur une aire de 0.5 km². Les outils de géostatistiques, i.e., statistiques spatiales et filtres de texture, ont été testés sur une autre zone dont l'aire équivalait à 7.9 km². Intégrés à la méthodologie précédente, l'indice de Getis-Ord, les moyennes respectives des matrices d'occurrence et de co-occurrence ont conduit à améliorer la classification des quatre habitats benthiques, à nouveau, de 89.9 % à 95.2 %, i.e., 5.3%. Suite à la caractérisation de l'organisation spatiale des habitats infralittoraux, l'influence de la résolution spatiale, i.e., l'échelle, sur 21 métriques du paysage, décrivant les habitats précédents, appartenant à 6 familles distinctes (aire, parcelle, arête, forme, contagion et connectivité), fut évaluée. Dix métriques ont affiché un comportement prédictif en fonction de l'évolution de la résolution, mais la métrique de forme, PARA_MN, égal au ratio périmètre / aire, démontra une très forte prédictibilité (R² = 0.994, p<0.Ol). Au niveau intertidal, un nouvel indice de végétation, basé sur le LiDAR, a été mis en oeuvre et sa corrélation avec les données-terrain indique une forte robustesse (r = 0.87, p<O.O1). Les processus écologiques, menant à la mise en place de l'hydrosère palustre, ont, dès lors, été investigués par le LiDAR. Les relations entre l'indice de végétation LiDAR et la topographie (R² = 0.558, p<O.O1), d'une part, et l'hétérogénéité topographique, ou rugosité, (R² = 0.815, p<O.O1), d'autre part, ont permis de relier les structures des phytocénoses intertidales à leurs processus écologiques. Finalement, la combinaison de l'indice de végétation et des surfaces topographiques, tous deux issus du LiDAR, ont été classifiés en 17 habitats avec une performance de 91.89%. Enfin, un arbre de décision destiné à séparer les formes d'onde en quatre familles littorales (terre avec arbres, terre sans arbres, faible profondeur et grande profondeur) a permis d'exploiter les informations du LiDAR sans discontinuité intertidale / infralittorale, et donc d'unifier le paysage littoral. La complexité structurale des habitats littoraux a été évaluée de manière satisfaisante par un indice dérivé du LiDAR (r = 0.75, p<O.O1). La synergie entre les trois longueurs d'onde (vert, rouge et proche infra-rouge) a conduit à cartographier finement 19 habitats en trois dimensions avec un succès de 90.09%. La discussion de ces résultats offre d'intéressantes perspectives de recherche, ayant trait aux améliorations de traitement du signal LiDAR, aux investigations au sein de l'écologie du paysage littoral unifié, et aux applications environnementales qui encourageraient une gestion intégrée et harmonisée du littoral par tous les intervenants.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Long, Bernard
Co-directeurs de mémoire/thèse: Archambault, Philippe
Mots-clés libres: écologie; paysage littoral; technologie aéroportée; LiDAR ubiquiste; organisation spatiale; cartographie; données spectrales; données topographiques; données bathymétriques; SHOALS
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 18 juin 2013 15:22
Dernière modification: 12 nov. 2015 19:04
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1449

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