LES CONTINUITES ECOLOGIQUES

LES CONTINUITES ECOLOGIQUES

Les Continuités écologiques : concepts, outils et méthodes

Dans ce chapitre, nous exposons dans un premier temps les définitions des termes clefs relatifs aux corridors écologiques et aux continuités paysagères. Nous nous focalisons ensuite sur les éléments paysagers constitutifs des corridors écologiques dans les paysages agricoles. Enfin, nous présentons les différents outils juridiques mis en oeuvre aux échelles internationale, nationale et locale pour la prise en compte des corridors écologiques dans les politiques de gestion et de conservation de la biodiversité. La fragmentation (ou morcellement) des habitats est considérée comme l’une des plus sérieuses menaces sur la biodiversité, et une des causes majeures de la crise actuelle d’extinction des espèces (Wilcox and Murphy 1985).

Elle peut se définir comme la transformation d’une surface importante d’habitat en un nombre plus ou moins important de fragments de tailles variables, dont la surface totale est inférieure à celle de l’habitat original et qui sont plus ou moins isolés les uns des autres par une matrice environnante de nature différente de celle de l’habitat. En d’autres termes, la fragmentation agit par réduction de la surface d’habitat disponible pour les espèces et par isolement et diminution de la taille des taches d’habitat (Fahrig 2003). Dans les paysages fragmentés, les populations locales de petites tailles peuvent ainsi être sujettes à des extinctions fréquentes et les habitats morcelés peuvent être trop réduits pour fournir toutes les ressources nécessaires au cycle de vie d’un individu ou d’une population. En effet, la fragmentation peut engendrer des phénomènes de dérive génétique (diminution de la diversité génétique, perte de l’adaptabilité des populations face aux modifications de l’environnement) et d’isolement des populations, entraînant une augmentation du niveau de consanguinité et donc une diminution de leur capacité à se reproduire (appelée aussi fitness).

Au sein des paysages fragmentés, le mouvement est un processus clé pour la survie des espèces faunistiques et floristiques (Wiens et al. 1993), celui-ci étant facilité par une connectivité importante entre les éléments du paysage. Ce dernier est ici considéré comme une unité homogène d’un point de vue géologique et méso-climatique. Dans des paysages fragmentés et hétérogènes, de nombreux organismes vivants ont besoin de se déplacer pour assurer leur cycle de vie ou le maintien des populations (par exemple recherche de nourriture, d’habitats, de partenaires sexuels, ou encore migration). La connectivité peut se définir comme étant la résultante de l’interaction entre la structure du paysage et les caractéristiques écologiques des espèces animales et végétales (nature de leur habitat, intensité et nature de leur mouvement (vol, marche…)). La connectivité varie ainsi dans un même paysage en fonction de l’espèce considérée (Burel and Baudry 2003).

La connectivité peut se définir selon deux modalités : la connectivité structurelle et la connectivité fonctionnelle (Kindlmann and Burel 2008) (Figure I.1). La connectivité structurelle, qui est directement liée à la structure du paysage, correspond aux continuités physiques entre les éléments du paysage. Dépendante de l’organisation spatiale des éléments du paysage, elle est indépendante des espèces. La connectivité fonctionnelle, quant à elle, comprend l’ensemble des éléments du paysage qui favorisent le déplacement des individus d’une espèce donnée (Taylor et al. 1993). Cette dernière est donc dépendante des exigences écologiques des espèces considérées. Elle est fonction des coûts-bénéfices associés à la dispersion et représente l’interaction entre le paysage et l’espèce en mouvement. Les mouvements des espèces sont d’autant plus aisés que la fragmentation des habitats est faible ou que la connectivité est importante. Les mouvements de dispersion peuvent être contraints par des coûts différentiels du déplacement dans les différents éléments du paysage. Nous pouvons noter que des individus d’espèces mobiles peuvent quitter des habitats d’excellente qualité si la compétition apparente y est trop forte et rester dans des habitats de mauvaise qualité si le coût de dispersion est excessif.

Fonctions

Les corridors peuvent être structurés sous la forme i) d’éléments linéaires, ii) de pas japonais correspondant à une suite d’îlots refuges permettant le passage des espèces ou iii) d’une mosaïque paysagère, constituée de différents éléments du paysage plus ou moins perméables à la dispersion des espèces (Bloemmen and Van Der Sluist 2004) (Figure I.3a). Les corridors écologiques peuvent recouvrir différentes fonctions, à savoir des fonctions (1) d’habitats, de refuge ou de puits de colonisation pour certaines espèces, (2) de conduit pour la dispersion et le mouvement, (3) de barrière ou de filtre séparant différentes zones, (4) de sources d’éléments biotiques ou abiotiques pour la matrice environnante (Forman and Godron 1986 ; Hess and Fischer 2001) (Figure I.3b). Les fonctions des corridors écologiques dépendent à la fois de leur nature et structure mais principalement de l’espèce étudiée.

A titre d’exemple, un réseau de haies pourra servir de conduit à des coléoptères carabiques forestiers et au contraire ces même haies auront une fonction de barrière pour certaines espèces de papillons tel que le Bel-Argus (Lysandra Bellargue) (Burel and Baudry 2003). La fonction de « conduit » des corridors écologiques a notamment commencé à être étudiée avec l’émergence de l’écologie du paysage (Forman and Baudry 1984; Fahrig and Merriam 1985; Noss 1987; Simberloff and Cox 1987). De nombreuses études ont démontré que les corridors écologiques permettent d’augmenter le mouvement et la taille des populations d’espèces à habitat restreint (Haddad 1999a; Haddad 1999b; Haddad and Baum 1999) en maintenant des liaisons entre des patchs d’habitats isolés (Noss 1993). Ils participent ainsi à la survie des métapopulations en permettant leur dispersion, les métapopulations correspondant à un ensemble de sous-populations, qui, connectées entre elles par la dans un habitat donné, les corridors écologiques peuvent permettre d’introduire de nouveaux migrants dans cet habitat et participer ainsi à la fondation d’une nouvelle sous-population. Cependant, le rôle d’un corridor dépend de l’espèce considérée et plus particulièrement de son comportement et de ses traits de vie. En effet, les espèces spécialistes inféodées à un habitat précis vont utiliser plus spécifiquement un type de corridor alors que les espèces généralistes peuvent utiliser de nombreux, voire tous les éléments du paysage. Par ailleurs, l’échelle spatiale à laquelle les corridors peuvent être utilisés, dépend elle aussi de l’espèce considérée.

Table des matières

REMERCIEMENTS
LISTE DES SIGLES ET ACRONYMES
SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERALE
PARTIE 1.LES CONTINUITES ECOLOGIQUES : CONCEPTS, OUTILS ET METHODES
INTRODUCTION DE LA PREMIERE PARTIE
CHAPITRE I. LES CONTINUITES ET CORRIDORS ECOLOGIQUES
I.1. Introduction
I.2. Définitions
I.3. Fonctions
I.4. Les continuités écologiques dans les paysages agricoles
I.5. Outils juridiques
CHAPITRE II. LA CARTOGRAPHIE DES ELEMENTS DU PAYSAGE POTENTIELLEMENT CONSTITUTIFS DES CONTINUITES ECOLOGIQUES STRUCTURELLES PAR TELEDETECTION SPATIALE
II.1. Introduction
II.2. Caractéristiques des données de télédétection
II.2.1. Dans le domaine optique
II.2.2. Dans le domaine des hyperfréquences
II.2.2.1 Principes et généralités sur les systèmes RSO
II.2.2.2. Caractéristiques d’une image RSO
II.2.2.3. L’intensité du signal RSO
II.2.2.4. La polarimétrie RSO
a) Description de la polarisation d’une onde électromagnétique
b) Diffusion polarimétrique
c) Acquisition des données en mode polarisation duale
I.3. L’identification et la caractérisation des éléments du paysage potentiellement constitutifs des continuités écologiques vue par télédétection
II.3.1. Les éléments semi-naturels : les éléments boisés
II.3.1.1. Généralité sur le bocage
II.3.1.2. Etude du bocage à partir de données optiques
II.3.1.3. Etude du bocage à partir de données radar
II.3.2. Les éléments semi-naturels : les zones humides
II.3.2.1. Généralités sur les zones humides
II.3.2.2. Etude des zones humides à partir des données optiques
II.3.2.3. Etude des zones humides à partir des données radar
II.3.2.4. Etude des zones humides à partir de l’utilisation combinée de données optiques et radar
II.3.3. Les éléments agricoles
II.3.3.1. Généralité sur les éléments agricoles
II.3.3.2. Etude de la mosaïque agricole à partir des données optiques
II.3.3.3. Etude de la mosaïque agricole à partir des données radar
II.3.3.4. Etude de la mosaïque agricole à partir de l’utilisation combinée de données optiques et radar
II.4. Cartographie des corridors écologiques à partir de données de télédétection
CHAPITRE III. DEMARCHE METHODOLOGIQUE
III.1. Introduction
III.2. Première étape : Classification de l’occupation et de l’utilisation des sols.
III.3. Deuxième étape : Calcul d’indicateurs paysagers par l’application de métriques paysagères
III.3.1. Echelle spatiale des métriques
III.3.1.1. Echelle du patch
III.3.1.2. Echelle du paysage
III.3.1.3. Echelle temporelle
III.4. Cartographie des continuités structurelles
III.5. Troisième étape : Mise en relation des continuités structurelles avec les modèles espèces (Evaluation de la fonctionnalité des continuités)
CHAPITRE IV. SITE D’ETUDE ET DONNEES
IV.1. Introduction
IV.2. Sites d’études
IV.2.1. Sous- sites retenus pour l’étude des continuités bocagères
IV.2.2. Sous- site retenu pour l’étude des continuités agricoles et plus particulièrement des zones humides
IV.2.3. Sous-site retenu pour l’étude des continuités agricoles et plus particulièrement des cultures 94
IV.3. Les données télédétection
IV.3.1. Les images
IV.3.2. Les prétraitements
IV.3.2.1. Prétraitements des images optiques
IV.3.2.2. Prétraitements des images radar
a) Extraction des coefficients de rétrodiffusion
b) Extraction des paramètres polarimétriques
IV.4. Les données de terrain et leur prétraitement
IV.4.1. Les données
IV.4.2. Les relevés spécifiques au LAI
IV.4.3. Les prétraitements
IV.5. Les données écologiques et leur prétraitement
IV.5.1. Les données
IV.5.1.1. Inventaires biologiques pour le bocage
IV.5.1.2. Inventaires biologiques pour les cultures
IV.5.2. Les prétraitements
SYNTHESE DE LA PREMIERE PARTIE
PARTIE 2. IDENTIFICATION ET CARACTERISATION DES ELEMENTS CONSTITUANT LA TRAME BOISEE
INTRODUCTION DE LA DEUXIEME PARTIE
CHAPITRE V. IDENTIFICATION ET CARACTERISATION DES HAIES BOISEES : EVALUATION DES DONNEES TERRASAR-X119
V.1. Introduction
V.2. Matériel et méthode
V.2.1. Site d’étude
V.2.2. Les données terrain
V.2.2.1. Acquisition des données terrain
V.2.2.2. Traitement des données terrain
V.2.3. Les données satellitaires
V.2.3.1. Prétraitement de l’image radar
V.2.3.2. Traitement d’image
a) Extraction du réseau de haies
b) Caractérisation de la structure interne des haies
V.3. Résultats
V.3.1. Extraction du réseau de haies
V.3.2. Caractérisation de la structure interne des haies
V.4. Discussion
V.5. Conclusions
CHAPITRE VI. EVALUATION D’INDICATEURS ET DE METRIQUES PAYSAGERES DERIVEES DES IMAGES OPTIQUES ET RSO POUR EXPLIQUER LA DISTRIBUTION D’UN MODELE ESPECE
VI.1.Introduction
VI.2. Matériels et méthodes
VI.2.1. Site d’étude
VI.2.2. Données de télédétection
VI.2.3. Relevés terrain : abondance des peuplements de carabiques forestiers
VI.2.4. Extraction du réseau de haies
VI.2.4.1. Prétraitements des données de télédétection
VI.2.5. Evaluation globale de la relation entre les données de télédétection et la distribution des carabes dans le paysage
VI.2.5.1. Analyse multi-échelle de la structure du réseau de haies
VI.2.5.2. Caractérisation multi-échelles du degré d’ouverture de la canopée des haies
VI.2.5.3. Relations entre les métriques paysagères, les variables dérivés des données de télédétection et la distribution de l’abondance des carabes forestiers
VI.3. Résultats
VI.3.1. Peuplements de carabes forestiers
VI.3.2. Extraction du réseau de haies
VI.3.3. Relations entre la distribution de l’abondance des carabes forestiers et les métriques caractérisant la structure du réseau de haies et la structure de la canopée à différentes échelles
VI.3.3.1. Evaluation de la qualité de l’habitat (dérivée de l’image RSO) pour expliquer la distribution spatiale des carabes forestiers
VI.3.3.2. Evaluation globale de la relation entre les métriques et les variables dérivées des données de télédétection et la distribution de l’abondance des carabes forestiers.
VI.4. Discussion
VI.5. Conclusion
SYNTHESE DE LA DEUXIEME PARTIE
PARTIE 3. CARACTERISATION DES ZONES HUMIDES
INTRODUCTION DE LA TROISIEME PARTIE
CHAPITRE VII. EVALUATION DES DONNEES TERRASAR-X POUR LA CARTOGRAPHIE DE LA VEGETATION DES ZONES HUMIDES
VII.1.Introduction
VII.2. Site d’étude
VII.3. Données
VII.4. Méthode
VII.4.1. Prétraitement des images radar
VII.4.2. Traitement d’images
VII.5. Résultats
Conclusions
CHAPITRE VIII. DETERMINATION DES DATES CLES POUR LA CARTOGRAPHIE DE LA VEGETATION DES ZONES HUMIDES A PARTIR D’UNE SERIE TEMPORELLE D’IMAGES RADAR THRS
VIII.1.Introduction
VIII.2. Matériels et méthode
VIII.2.1. Site d’étude
VIII.2.2. Données
VIII.2.3. Prétraitements des images RSO
VIII.2.4. Traitement d’images
VIII.3. Résultats
VIII.4. Discussion
VIII.5. Conclusion
SYNTHESE DE LA DE LA TROISIEME PARTIE
PARTIE 4. IDENTIFICATION DES CULTURES
INTRODUCTION DE LA QUATRIEME PARTIE
CHAPITRE IX. EVALUATION DE LA FUSION D’INDICATEURS DERIVES DE SERIES TEMPORELLES D’IMAGES OPTIQUES ET RADAR POUR LA CARTOGRAPHIE DES CULTURES
IX.1.Introduction
IX.2. Matériel et méthode
IX.2.1. Site d’étude et données
IX.2.1.1. Site d’étude
IX.2.1.2. Données
a) Images satellitaires
b) Données terrain et données auxiliaires
IX.2.2. Prétraitement et traitement des données
IX.2.2.1. Prétraitements
a) Imagerie optique
b) Imagerie radar
IX.2.2.2.Traitements
IX.3. Résultats
IX.3.1. Analyse des relations entre variables optiques et radar
IX.3.2. Analyse des profils temporels des variables optiques et radar
IX.3.2.1. Double rebond et simple rebond
IX.3.2.2. Coefficients de rétrodiffusion : σ°HH, σ°VV
IX.3.2.3. Span et Entropie de Shannon
IX.3.1.4. LAI, FAPAR et FCOVER
IX.3.3. Les meilleurs descripteurs des cultures
IX.3.3.4. Cartographie finale des cultures
IX.4. Discussion
IX.4.1. Analyse des profils temporels
IX.4.1.1. Classe « Maïs »
IX.4.1.2. Classes « Blé » et « Orge »
IX.4.1.3. Classe « Colza »
IX.4.1.4. Classe « Prairies »
IX.4.2. Choix des combinaisons d’indicateurs, et classification finale
IX .5. Conclusion 214
CHAPITRE X. EVALUATION DE L’IMPACT DE L’ENVIRONNEMENT PAYSAGER ET PARCELLAIRE SUR LA DISTRIBUTION DES ESPECES INFEODEES AUX CULTURES : APPORT DES IMAGES RSO
X.1. Introduction
X.2. Matériel et méthode
X.2.1. Site d’étude
X.2.4. Inventaires biologiques
X.2.3. Variables explicatives
X.2.3.1. Données satellitaires et cartes d’occupation des sols
X.2.3.2. Extraction des métriques à l’échelle de la parcelle et à l’échelle du paysage
a) A partir des données radar
c) A partir des photographies aériennes
X.2.3.3. Présentation des variables environnementales
X.2.4. Modélisation statistique
X.2.4.1. A l’échelle de la parcelle
X.2.4.2. A l’échelle du paysage
X.2.4.3. Aux deux échelles : parcellaire et paysage
X.3 Résultats
X.3.1. Relevés espèces
X.3.2. Résultat de la modélisation de la dynamique intra-annuelle de la composition des communautés de carabes à partir de variables environnementales mesurées à une échelle parcellaire
X.3.3. Etude du déplacement intra-annuel des échantillons sur l’ensemble des axes canoniques (réalisé à partir des variables parcellaires) pour le modèle2
X.3.4. Résultat de la modélisation de la dynamique intra-annuelle de la composition des communautés de carabes à partir de variables environnementales mesurées à une échelle paysagère
X.3.5. Etude du déplacement intra-annuel des échantillons sur l’ensemble des axes canoniques (réalisé à partir des variables paysagères) pour le modèle 4
X.3.6. Résultat de la modélisation de la dynamique intra-annuelle de la composition des communautés de carabes à partir de variables environnementales mesurées à une échelle parcellaire et à une échelle paysagère
X.4. Discussion
X.5. Conclusion
SYNTHESE DE LA DE LA QUATRIEME PARTIE
PARTIE 5. EVALUATION FONCTIONNELLE DES CONTINUITES IDENTIFIEES PAR TELEDETECTION : EXEMPLE DES STRUCTURES BOISEES
CHAPITRE XI. AMELIORATION DES METRIQUES DE CONNECTIVITE A PARTIR D’IMAGES RADAR
XI.1. Introduction
XI.2. Matériel et méthodes
XI.2.1. Données de Télédétection
XI.2.2. Données dérivées des images radar
XI.2.2.1. Extraction du réseau de haies
XI.2.2.2. Extraction des habitats favorables à partir de l’entropie de Shannon dérivée de l’image TerraSAR-X
XI.2.3. Inventaires biologiques
XI.2.4. Connectivité et modèles de répartition de carabes
XI.2.4.1. Création des cartes de perméabilité
XI 2.4.2. Calcul de la connectivité des patchs d’habitat
XI.2.5. Modélisation statistique
XI.3. Résultats
XI.3.1. Comparaison des cartes de perméabilité
XI.3.2. Modélisation statistique
XI.4. Discussion
XI.5. Conclusion
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
ANNEXE A
ANNEXE B
ANNEXE C.
ANNEXE D
ANNEXE E
ANNEXE F
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
TABLE DES MATIERES

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