Estimation des densités animales par prises de vues aériennes

Estimation des densités animales par prises de vues aériennes 

Principes généraux et mise en place

La gestion des ressources animales nécessite des informations précises sur différents paramètres d’une population tels que la densité, les taux de survie et de naissances (Samuel et Pollock, 2012), la répartition et les changements au cours du temps (aussi bien à l’échelle saisonnière que l’évolution sur plusieurs années). Dans les zones densément couverte par les forêts, les méthodes traditionnelles de suivis, piège photo ou capture marquage recapture ne sont pas très précises ni « cost efficientes » (Franke et al., 2012). Pour pallier à cela, des études aériennes ont été utilisé depuis les année 40 pour estimer la taille des populations d’animaux sauvages(Kenneth et al, 2017).

L’échantillonnage aérien devra être statistiquement représentatif de la population à recenser. Les estimations doivent également être fiables : proche du nombre réel avec des intervalles de confiance faibles (Bouché, 2008) .

Découpage de la zone d’étude et calculs 

Les premiers éléments à prendre en compte pour l’échantillonnage d’une zone au moyen d’engin aérien sont la topographie et la surface de l’aire d’étude. Les études aériennes vont en effet produire des données sous la forme : nombre d’individus/surface donnée. Il est donc nécessaire de parfaitement connaitre la surface de la zone d’étude afin d’être en mesure de calculer l’effort d’échantillonnage (surface échantillonnée/surface totale) et d’accéder aux estimations de populations et densités globales. La topographie est également très importante puisqu’elle permettra de favoriser le type de découpe de la zone d’étude (transects, quadrats, sections) et de définir les plans de vols.(Bouché, 2008).

On distingue 3 types de découpages (figure 1 d’après (Caughley, 1977)) :
• Le transect en bandes, qui sera survolé en ligne droite avec la présence d’observateurs de chaque côté de l’appareil, surveillant une bande de part et d’autre de l’avion
• Le quadrat, découpage en carré, permettant un survol non plus en ligne droite mais avec des vols circulaires, voir stationnaires – l’hélicoptère devenant l’appareil le plus adapté à ce type de découpe
• La section, les surfaces ne sont plus nécessairement de tailles égales et le découpage est fait en fonction d’obstacles (route, ligne de crête, rivière) .

Le choix du mode de découpage de la zone d’étude doit se faire en fonction de la topographie, de la surface de la zone à étudier ainsi que des moyens disponibles (type d’appareil, pilotes, ressources financières et humaines). En règle générale, les transects sont tout de même favorisés et fournissent les meilleurs résultats grâce à leur facilité de mise en œuvre et leur standardisation aisée (Seber, 1986).

Quels sont les avantages du quadrat ? Et dans quelle situation le préférer aux transects en bandes ?
• Temps d’observation aussi long que nécessaire à l’observateur pour voir et compter les individus, plus de problèmes liés à la vitesse ou au vol unidirectionnel
• Chaque quadrat peut être cherché un nombre de fois égal au nombre des différentes espèces présentes sur la zone pour établir un comptage précis de chacune d’elles
• Le survol prolongé d’une zone conduira tout animal à se révéler par sa fuite
• Les difficultés de vols liées aux transects en bande n’ont plus lieu d’être (altitude constante, suivi des lignes etc)
• Altitude modifiable pour permettre aux observateurs d’identifier et compter les différentes espèces
• Les terrains accidentés sont plus faciles à échantillonner en quadrat que par transect
• La visibilité des animaux est globalement plus élevée en quadrat qu’en transect .

En revanche il est plus difficile d’apporter des facteurs correctifs aux quadras. En effet, les facteurs correctifs relatifs à la visibilité des animaux ou même de la nature du terrain, sont affectés par le temps de vol audessus de la surface à échantillonner et l’altitude (potentiellement différent pour chaque quadrat). En effet, les conditions d’observation et de comptage pour les quadrats ne sont pas parfaitement identiques pour chaque quadrats, alors que les facteurs correctifs sont eux issus de la standardisation des différents paramètres (vols, conditions météo etc.)(voir II-3) (Caughley, 1977) Une fois le découpage des unités-échantillons fini, un certain nombre d’unités sera choisi au hasard et proprement inventoriées. Le principe de recensement reste identique pour n’importe quel type de découpage : un survol de la zone au cours de laquelle les observateurs notent le nombre d’individus, observés. Il est intéressant de noter le plus d’informations possible lors de ces repérages comme le sexe, la taille du groupe d’individus si l’étude porte sur des animaux grégaires, l’heure d’observation et ce pour chaque surfaces d’échantillonnages (chaque quadrat ou transect).

Répartition des individus et types d’échantillonnage

La distribution des individus sur la surface échantillonnée peut non seulement varier au fil des saisons mais également au sein des différentes unités échantillons elles même. On peut la considérer comme uniforme, ce qui est quasiment impossible (variance s²=0), aléatoire, un cas de figure également très rare (s²=m). Elle peut également être qualifiée d’agrégative (Bouché, 2008), l’agrégation sera d’autant plus grande que l’espèce sera grégaire (attention aux périodes de reproduction). La disposition des « ressources » : point d’eau, zone nourricière, couvert particulier peuvent également être un facteur d’agrégation. Et les densités seront encore plus variables si des ressources naturelles (e.g point d’eau qui concentre les animaux) ou aménagements anthropiques (e.g : route qui a un effet répulsif et dispersif) selon la sensibilité des espèces. Pour limiter les erreurs, il sera opportun de définir les transects, perpendiculaires à ces types d’éléments (rivière, route) pour éviter qu’un certain nombre de transects soient complètement impactés par ces derniers. De plus, les transects seront choisis aléatoirement pour éviter les biais liés à un échantillonnage préférentiel pouvant générer jusqu’à 40% d’erreurs d’estimation de populations(Conn, Thorson, & Johnson, 2017). Pour pallier à une répartition hétérogène des individus, l’échantillonnage systématique peut être envisagé. Bien plus couteux, il consiste à échantillonner la totalité de la zone (effort d’échantillonnage = 100%). Paradoxalement, l’échantillonnage systématique se révèle moins précis lorsque les individus ont une distribution homogène. (Bouché, 2008). De plus, il ne semble pas y avoir de formules explicites permettant de calculer l’erreur standard d’un échantillonnage systématique. Concernant l’échantillonnage partiel, avec transects choisis aléatoirement, deux cas de figures sont possibles : avec replacement ou non. L’échantillonnage avec replacement permet à un même transect « de sortir deux fois » lors de la sélection des transects par utilisation d’une table randomisée par exemple (Bouché, 2008; Caughley, 1977). L’échantillonnage sans replacement est plus précis qu’un échantillonnage avec replacement. Chaque transect ne peut être pris en compte qu’une fois. Le gain de temps d’un échantillonnage avec replacement n’est pas si important au final, même pour des échantillonnages « importants » (Caughley, 1977) (effort d’échantillonnage). Pour des échantillonnages inférieurs à 10% de la surface totale, la différence de précision entre les deux méthodes augmente. L’avantage de l’échantillonnage avec replacement réside dans le fait qu’il rend les études plus flexibles, notamment en termes de design de l’étude et des plans de vols. Les erreurs de vols lors d’une étude sans replacement, peuvent conduire au recoupement de transects et donc une étude sans replacement devient, en fait, une étude avec replacement. Les formules d’estimation n’étant pas les mêmes, les erreurs générées sont au final plus importantes que si on avait mené un échantillonnage avec replacement tout du long. Si l’étude prévoit, plus de 20 % d’intensité d’échantillonnage, que de bonnes cartes et de bons pilotes permettent d’assurer une parfaite délimitation des transects et le respect de ceuxci alors l’échantillonnage sans replacement est préférable, dans le cas contraire l’échantillonnage avec replacement fournira des résultats plus proche de la réalité.

L’échantillonnage complet apparait comme étant plus précis qu’un échantillonnage aléatoire si la distribution des animaux est hétérogène au sein des unités de surface. A l’inverse, si la distribution est homogène, l’échantillonnage partiel et randomisé donnera des résultats plus précis. Dans le cas d’une étude, où l’on souhaite établir la distribution des animaux et leur abondance, l’échantillonnage systématique (complet) est plus approprié si la précision de l’erreur standard n’est pas une des préoccupations principales. Dans le cas contraire, un échantillonnage randomisé sera à prioriser. (Caughley, 1977) .

Apport de la technologie

Les appareils

Un des facteurs limitant des campagnes de recherche d’estimation des populations est le prix de revient de celles-ci, notamment lorsque les surfaces à couvrir sont importante. Le calcul des coûts doit inclure la location de l’appareil, son entretien, le carburant, le salaire du pilote et des observateurs etc. (Bouché, 2008). Les prix s’envolent rapidement pour atteindre 1000€/h pour l’utilisation d’un hélicoptère ou d’un avion permettant à 4 personnes d’embarquer (pilote, co-pilote et deux observateurs. (Franke et al., 2012). La technologie a permis une réduction permanente des engins volants motorisés : ULM, « Micro-Light aircraft » puis drones, permettant de réduire progressivement les coûts mais nécessitant quelques adaptations. En effet, ces engins ne sont pas en mesure d’embarquer un nombre d’observateur suffisant pour les études classiques. Un pilote (parfois un observateur en plus) ou pas de pilote direct dans le cas des drones. En soit, comme le précise (Ventura et al., 2016) « Any technique involving only the direct human intervention has several limitations » comme les distances couvertes, le temps pour le faire et bien évidemment le coût financier. De plus, ces « nouveaux appareils » et notamment les drones procurent d’autres avantages par rapports aux « gros » engins traditionnellement utilisés(Martin et al., 2012) :
• Une empreinte écologique réduite
• Une sécurité plus élevée
• Moins d’impact sur les populations sauvages (perturbations comportementales)
• Des plans de vols préenregistrés ne permettant pas d’erreurs de vols
• L’embarquement d’appareils d’imagerie remplaçant les observateurs et ne laissant pas de place dans l’erreur des surfaces échantillonnées (cf figure 2 d’après (Zorbas et al, 2016)) .
• Le géo-référencement des photos prises et la possibilité de créer un modèle 3D de toute la zone survolée – permet également de créer facilement des cartes d’habitats, aussi bien terrestres que marines/sous-marines.(Ventura et al., 2016)
• La réduction des biais issus des erreurs d’observations « humaines » .

Table des matières

Introduction
1. Matériel et méthode
1.1 Mots clés et résultats
1.2 Choix et traitement des articles
2. Estimation des densités animales par prises de vues aériennes
2.1 Principes généraux et mise en place
2.1.1 Découpage de la zone d’étude et calculs
2.1.2 Répartition des individus et types d’échantillonnage
2.2 Apport de la technologie
2.2.1 Les appareils
2.2.2 L’imagerie
2.3 Facteurs correctifs et discussions
2.3.1 Facteurs d’erreurs
2.3.2 Facteurs correctifs
2.3.3 Discussion
3. Techniques d’hydro-acoustique
3.1 Principes d’hydroacoustique et mise en place
3.1.1 Notions d’hydroacoustique et coefficients clés
3.1.2 Mise en place et choix des appareils
3.2 Avancées technologiques et vulgarisation
3.2.1 Besoins de standardisation
3.2.2 Développement des « appareils de loisir »
3.2.3 Autres possibilités des sondeurs
3.3 Facteurs d’erreurs et discussion
3.3.1 Facteurs d’erreurs
3.3.2 Discussion
Conclusion
Bibliographie

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