Suivi et évaluation des feux de végétation avec la télédétection

Les feux sont des phénomènes naturels qui ont largement contribué à la régulation de nombreux écosystèmes terrestres dans le monde depuis des millénaires (Harrison et al., 2010). Ce n’est qu’avec l’arrivée de l’homme que les mises à feu deviennent profondément destructrices parce que volontaires et répétitives (Guillaumet et Morat, 1990). En parallèle avec ces actions anthropiques, les risques de feux sont aussi de plus en plus élevés à cause du changement climatique qui se traduit par des évènements climatiques extrêmes de grande amplitude comme la sécheresse et les vagues de chaleur (FAO, 2006 ; GIEC, 2014 ; Dunn et al., 2017). Selon l’étude de Giglio et al. (2010), 371 millions d’hectares ont été incendiées en moyenne dans le monde de 1997 à 2008. Plus récemment, Kaiser et van der Werf (2017) ont estimé que les feux brûlent en moyenne une surface de l’ordre de 500 millions d’hectares chaque année au niveau mondial. Dès lors, les feux sauvages sont actuellement l’une des catastrophes naturelles les plus dévastatrices et destructrices au monde (Plank et Martinis, 2018).

Ces feux ravagent surtout les savanes tropicales africaines (Laurent et al., 2018). Mais depuis quelques années, les forêts sont aussi de plus en plus touchées et détruites par les feux. Selon les estimations publiées par Global Forest Watch (GFW), la recrudescence des incendies de forêt a largement contribué à une perte drastique d’environ 29,7 millions d’hectares de surfaces forestières dans le monde durant l’année 2016 (https://blog.globalforestwatch.org/data/global-tree-cover-loss rose-51-percent-in-2016) alors qu’ils ne détruisaient qu’en moyenne 19,8 millions d’hectares de forêts durant la période 2003- 2007 (FAO, 2010). La majorité de cette déforestation a été observée dans la zone tropicale. Ces situations alarmantes suscitent l’intérêt de la gestion des feux de végétation, particulièrement dans les pays tropicaux à haute importance en biodiversité comme Madagascar.

À Madagascar, le feu et la déforestation sont deux (2) thèmes qui nourrissent de façon permanente les réflexions des scientifiques et les discours des politiques de conservation forestière (Kull, 2002). En effet, la couverture forestière malgache n’a cessé de diminuer et ne couvre plus qu’environ 15% de la superficie de l’île en 2014, soit 8,9 millions d’hectares contre 16 millions d’hectares en 1953 (Vieilledent et al., 2017). Et les feux ont été reconnus comme étant responsable de l’essentiel de ce recul de la forêt naturelle malgache, soit par destruction directe, soit en empêchant la régénération de l’écosystème par leur récurrence (Ratianarijaona et al., 2017). Pour lutter contre la prolifération de ces feux, l’État a pris des mesures draconiennes et des dispositions sévères (Ralaimihoatra, 2008). Mais les feux de végétation persistent encore jusqu’à maintenant. Ratianarijaona et al. (2017) évoquent l’échec de ces mesures répressives sévères en affirmant que « les populations rurales ont maintenu clandestinement ces pratiques tout en les niant, au point qu’elles en sont devenues les premières victimes, par dégradation prononcée des terres, de leurs ressources végétales et des services écosystémiques. » .

La gestion des feux de végétation demeure ainsi un défi majeur à relever pour Madagascar (MEEF et al., 2017). Selon FAO (2006), la collection d’informations à l’échelle nationale afin de quantifier les impacts et l’ampleur du phénomène deviennent des urgences pour élaborer une stratégie de gestion efficace des feux. Dans ce contexte, la cartographie des surfaces brûlées est l’un des outils qui sont les plus utilisées pour évaluer l’impact des feux (Mbow, 2000 ; Barry et al., 2015 ; Rakotoarisoa, 2015). D’une part, elle fournit des renseignements précieux pour tous les acteurs responsables de la gestion des territoires brûlés, par une estimation rapide, précise et économique des aires brûlées (Zammit, 2008 ; Alvarado, 2012). D’autre part, cette technique permet de localiser rapidement les zones d’intervention prioritaire pour la conservation ou la planification des protocoles de restauration (Enonzan, 2010).

Pourtant, l’étude de l’ampleur spatiale et temporelle des feux reste peu développée à Madagascar vu que l’essentiel des travaux est davantage consacré aux feux actifs. Or, de telles analyses sont nécessaires pour une gestion appropriée des ressources naturelles (Mbow, 2000). De plus, Morisette et al. (2005) soulignent qu’il est impossible de contrôler efficacement les évènements de feu sans une compréhension correcte et claire de la distribution des feux. C’est ainsi que la présente étude, axée sur l’analyse spatiale des surfaces brûlées à l’échelle de Madagascar a été menée en réponse aux problématiques majeures auxquelles le pays doit faire face en matière de gestion des ressources naturelles. La question suivante a été posée pour mener cette étude : Comment se répartissent les surfaces brûlées par les feux de végétation à Madagascar ? Subséquemment, les trois (3) hypothèses suivantes ont été formulées. La première hypothèse prétend que l’occupation du sol détermine la répartition spatiotemporelle des surfaces brûlées par les feux, la deuxième hypothèse stipule que les surfaces brûlées par les feux de végétation sont plus concentrées dans l’écorégion des forêts sèches de l’Ouest de Madagascar et la troisième hypothèse avance que les surfaces de forêts affectées par les feux sont plus importantes dans les zones sans protection. Pour vérifier ces hypothèses, la méthodologie adoptée combine deux (2) outils largement connus et utilisés dans la cartographie des surfaces brûlées entre autres le suivi satellitaire par télédétection et l’analyse spatiale par l’utilisation du Système d’Information Géographique (SIG). Actuellement, les produits MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) sont les produits de suivi des feux et des surfaces brûlées les plus précis (Maura et Andreoli, 2013 ; Rakotozanany, 2017). Ainsi, la méthode d’analyse spatiale des surfaces brûlées dans le cadre de cette étude s’est basée essentiellement sur les données MODIS acquises pendant l’année 2016.

Problématique et hypothèses

Problématique

Madagascar est une île-continent qui dispose d’un capital naturel  remarquable et d’un capital humain de plus de 22 millions d’individus. Ce capital humain est inégalement réparti sur les 587 295 km², avec 80% dans les zones rurales, le plus souvent à proximité des forêts et des terres cultivables (MEEF, 2016). Depuis la royauté jusqu’à nos jours, ces communautés locales utilisent généralement le feu dans les activités agropastorales (Ralaimihoatra, 2008). Pour eux, le feu est un outil efficace de gestion des ressources naturelles (Rajaonson et al., 1995 ; Matzke, 2003; Bertrand et al., 2009). Cependant, il est largement reconnu que les feux figurent parmi les causes principales de la perte et de la dégradation de la couverture forestière et de l’environnement à Madagascar (Rajaoson et al., 1995 ; MINENVEF, 2003 ; Rakotoarijaona, 2004 ; Ralaimihoatra, 2008 ; Rakoto Ratsimba et al., 2013 ; MEEF et al., 2017 ; Ratianarijaona et al., 2017). De plus, les feux sont considérés comme l’une des composantes déterminantes de la dégradation des terres à Madagascar (MEEF, 2015). Du fait que la Grande Île figure parmi les zones prioritaires en matière de protection et de conservation de la biodiversité mondiale ou hotspots, la gestion des feux de végétation constitue ainsi un des plus grands défis que doit relever les politiques de conservation forestière et de gestion des ressources naturelles malgaches.

Dans ce contexte, la collection d’informations pour améliorer la connaissance sur ce « fléau écologique » s’avère être ainsi essentielle. Au début du XXème siècle, Grandidier annonçait que 200 000 ha de la Grande Île étaient déboisées chaque année à cause des feux et des défrichements (Bertrand et al., 2009 ; Boulogne, 2016). Depuis plus d’un siècle, cette « estimation de Grandidier » a été généralement reprise dans les documents officiels (Rabevohitra Ravaoharisoa et al., 2000 in Bertrand et al., 2009), plutôt majorée chaque année tant par les politiques que par des techniciens ou même des scientifiques sur fond de discours catastrophistes. Selon Kull (2002), l’enjeu de ces discours catastrophistes était clair : « légitimer l’accusation faite à l’encontre de la population locale afin de les exclure de la gestion des ressources naturelles ». En suivant le fait que Madagascar perdait annuellement près de 200 000 ha de forêts depuis le début du XXème siècle, 20 millions d’hectares de forêts auraient dû être perdus pendant un siècle, soit bien plus que la surface forestière estimée au début du siècle (Cf. Annexe 1). Donc, si ce chiffre était exact, il ne devrait plus rester de forêts à Madagascar, ce que démentent les résultats de la plus récente évaluation de la couverture forestière malgache faite par Vieilledent et al. (2017). Actuellement, les statistiques officielles sur les surfaces brûlées sont obtenues à partir des rapports des chefs cantonnement et des différents services du Ministère de l’Environnement, de l’Ecologie et Forêts (MEEF) c’est-à-dire par des relevés sur terrain. Or, l’accessibilité de certaines zones brûlées, la qualité et l’insuffisance du personnel ainsi que l’insuffisance des moyens matériels peuvent rendre ces résultats imprécis et peu fiables, surtout dans le cadre des études scientifiques (Mbow, 2000). Par conséquent, la qualité des données et des informations sur les feux n’est pas toujours satisfaisante au sein de la Direction Générale des Forêts (DGF) et de fait, ne permettait pas de prendre des décisions idoines ou d’intervenir rapidement dans les zones sinistres (MINENVEF, 2003).

Avec les nouveaux outils en ligne de monitoring du feu « Firecast », développés par Conservation International (CI) à partir des données MODIS et VIIRS, Madagascar dispose maintenant d’un outil performant pour une cartographie et une meilleure compréhension, diagnostic et intervention sur les feux à l’échelle nationale (Ratianarijaona et al., 2017). Mais, ce système ne peut fournir que les « points de feux » et ne peut pas calculer les surfaces brûlées (Kana et Etouna, 2006 ; Axel, 2017 ; ONE, 2017). Or, Torralbo et Benito (2012) affirment que l’inexistence d’un moyen systématique pour la cartographie des surfaces brûlées est l’une des plus importantes causes de la défaillance de la gestion des feux. Depuis la convention de Kyoto en 1997, la télédétection par satellite a été de plus en plus utilisée pour collecter des informations sur les surfaces brûlées (Cardozo et al., 2014). Selon Manyangadze (2009), cette détection est significative pour des perspectives opérationnelles et économiques sur des surfaces de grandes envergures. À cet effet, une estimation de la surface brûlée à l’échelle de Madagascar à partir des données DMSP-OLS ou Defense Meteorological Satellite Program-Operational Linescan System a été déjà réalisée par Matzke (2003). Mais actuellement, ce sont les données MODIS qui sont les plus utilisées à l’échelle globale et nationale (Roy et al., 2008 ; Jacquin, 2010 ; Giglio et al., 2018b) car elles fournissent des résultats plus précis (Maura et Andreoli, 2013).

Selon Adams (2003), il n’existe pas de meilleure façon de faire de la conservation, il n’y a que des choix à faire. Afin de faciliter ces choix, la connaissance de la répartition géographique des surfaces brûlées est essentielle. En effet, ces informations peuvent servir de base de réflexion et d’aide à la décision pour améliorer la gestion des ressources naturelles malgaches, notamment pour mieux cibler les zones prioritaires de conservation et de restauration. Dans le même ordre d’idée, Rakoto Ratsimba et al. (2013) soulignent que la cartographie de l’étendue des feux a un rôle crucial dans la gestion des forêts et la conservation de la biodiversité à Madagascar. Dans le cadre de cette étude, ce sont les produits de télédétection, particulièrement les données MODIS et les outils SIG d’analyse spatiale qui ont été mobilisés pour avoir ces informations géographiques sur les surfaces brûlées. La question de recherche suivante trouve ainsi tout son intérêt: Comment se répartissent les surfaces brûlées par les feux de végétation à Madagascar ?

Hypothèses

Pour mieux appréhender la problématique, trois (3) hypothèses ont été avancées :

➤ Hypothèse 1 : L’occupation du sol détermine la répartition spatio-temporelle des surfaces brûlées par les feux. À Madagascar comme dans la plupart des pays tropicaux, le feu est largement reconnu comme étant un outil efficace de gestion de ressources naturelles par les communautés rurales. Or, les feux de végétation qu’ils soient précoces, tardifs, d’origines agropastorales, accidentelles, ou criminelles induisent toujours des impacts sur l’environnement (Valea, 2005). En général, la littérature affirme que les feux tardifs sont plus violents et destructifs que les feux précoces. De ce fait, la cartographie des surfaces brûlées avec la carte de l’occupation du sol s’avèrent être des outils indispensables pour vérifier l’occupation du sol le plus affecté par les feux afin de mieux gérer les feux et évaluer les dégâts causés par les feux (Liew, 2001). Les informations sur la répartition des surfaces brûlées par occupation du sol permettront ainsi en amont, de connaitre l’origine et l’utilisation des feux et en aval, de minimiser les impacts négatifs des feux sur les ressources naturelles.
➤ Hypothèse 2 : Les surfaces brûlées par les feux de végétation sont plus concentrées dans l’écorégion des forêts sèches de l’Ouest de Madagascar. Les feux de végétation ont des limites spatiales très précises dont le régime climatique de la région (Rakotoarisoa, 2015). Madagascar est caractérisée par quatre (4) grands types d’écosystèmes forestiers ou écorégions définis sur les bases des différentes subdivisions phytogéographiques de l’Inventaire Écologie et Floristique Nationale ou IEFN (Humbert et al., 1965 in Rakotomalala et al., 2015) : (i) les forêts humides de l’Est, (ii) les forêts sèches de l’Ouest, (iii) les forêts épineuses du Sud et (iv) les Mangroves. Ces écorégions se différencient par leurs caractéristiques biologiques et physiques. D’après Roelens et al. (2010), l’écorégion Est figure parmi les 35 écorégions mondiales prioritaires de conservation en raison de son niveau élevé d’endémicité et de sa biodiversité exceptionnelle. Par contre, les forêts sèches malgaches formées par la forêt dense sèche, les fourrés xérophiles ou le bush épineux (Ralison, 2008) ont été plutôt négligées par les activités de conservation par rapport aux forêts humides (Waeber et al., 2015). Le taux de déforestation témoigne cette situation : il est plus élevé dans l’écorégion des forêts sèches de l’Ouest et l’écorégion des forêts épineuses du Sud, respectivement 2,29% et 1,66% entre 2010 et 2013 contre seulement 0.94% pour l’écorégion Est (ONE et al., 2015). Cette hypothèse se veut alors d’appréhender l’importance des surfaces brûlées dans chaque écorégion afin de mieux orienter les activités de conservation et de restauration à Madagascar.
➤ Hypothèse 3 : Les surfaces de forêts affectées par les feux de végétation sont plus importantes dans les zones sans protection. À la fin des années 1980, le constat de la persistance des feux de végétation et de la dégradation continuelle des formations naturelles malgaches amène l’État à reconnaître de facto l’inefficacité des politiques répressives jusqu’alors menées et à rechercher d’autres solutions (Montagne et Ramamonjisoa, 2009). À cet effet, c’est la gestion locale des ressources renouvelables qui était désignée comme étant le problème principal (Bertrand et al., 2014). Cela a abouti à l’organisation d’un atelier national sur la gestion locale et communautaire des ressources renouvelables à Antsirabe au mois de mai 1995. Cet atelier fut à l’origine de la loi n°96-025 consacrant la mise en place de la gestion locale sécurisée (ou loi GELOSE) à travers un processus de Transfert de Gestion des Ressources Naturelles (TGRN) aux communautés locales (BIODEV Madagascar Consulting, 2008). Cette nouvelle approche donne aux communautés locales le pouvoir de gérer les ressources naturelles à l’intérieur de leur terroir à travers un transfert de responsabilité de l’Etat (DGEF et al., 2001). Le concept de TGRN aux communautés locales a été ainsi progressivement développé et mis en place sur toute l’étendue de la Grande Île. En 2015, 895 contrats de Transfert de Gestion (TG) ont été établis dans 13 régions de Madagascar (Cf. Annexe 2), avec une superficie totale estimée à 1 651 885 ha (ONE, 2017). Au total, 1 248 contrats de TG (seulement pour la GELOSE) existent dans la Grande Île en cette même année (Rabemananjara, 2016).

Table des matières

INTRODUCTION
MÉTHODOLOGIE
1 Problématique et hypothèses
1.1 Problématique
1.2 Hypothèses
2 État des connaissances
2.1 Généralités sur les feux de végétation
Définitions
Typologie et causes des feux à Madagascar
2.2 Télédétection et feux de végétation
Généralités sur la télédétection
Suivi et évaluation des feux de végétation avec la télédétection
Capteur MODIS
3 Matériels et méthodes
3.1 Choix de l’année d’étude
3.2 Matériels
Données sur les surfaces brûlées
Image de référence
Données auxiliaires
Logiciels utilisés
3.3 Méthodes
Estimation des surfaces brûlées
Analyse spatiale des surfaces brûlées
Validation du produit MCD64A1 c6
Limites méthodologiques
Cadre opératoire
RÉSULTATS
1 Estimation des surfaces brûlées à Madagascar
1.1 Répartition par région des surfaces brûlées
1.2 Analyse intra-annuelle des surfaces brûlées
2 Analyse spatiale des surfaces brûlées à Madagascar
2.1 Modalité de feux en fonction de l’occupation du sol
Forêt naturelle
Zone herbeuse
Zone de culture
Arbuste
2.2 Surfaces brûlées et extensions des feux dans les écorégions
Écorégion des forêts sèches de l’Ouest
Écorégion des forêts humides de l’Est
Écorégion des forêts épineuses du Sud
Écorégion des mangroves
Test de Khi²
2.3 Surfaces brûlées et extensions des feux dans les deux modes de gestion de ressources naturelles
Surfaces brûlées et extensions des feux dans le SAPM
Surfaces brûlées et extensions des feux dans les Transferts de Gestion
Test z
Influence des deux modes de gestion des ressources naturelles sur la surface de forêts affectées par les feux
3 Validation du produit MCD64A1 c6
3.1 Approche par pixel
3.2 Approche par grille
3.3 Sources d’erreurs
Erreurs liées aux images MODIS
Erreurs liées au traitement des images LANDSAT
DISCUSSIONS ET RECOMMANDATIONS
1 Discussions sur la méthodologie
1.1 Limites des images MODIS
1.2 Limites du traitement des images LANDSAT
Méthode de cartographie des surfaces brûlées à partir des images LANDSAT
Choix de l’indice spectral pour la discrimination des zones brûlées
2 Discussions sur les résultats
2.1 Estimation des surfaces brûlées à Madagascar
2.2 Analyse intra-annuelle des surfaces brûlées
2.3 Analyse spatiale des surfaces brûlées à Madagascar
2.4 Effet des deux modes de gestion des ressources naturelles sur les surfaces brûlées
2.5 Surfaces brûlées et forêts naturelles
2.6 Validation du produit MCD64A1 c6
2.7 Vérification des hypothèses
3 Recommandations
3.1 Traitement et choix des images de références pour la validation
3.2 Amélioration de la gestion des ressources naturelles à Madagascar
CONCLUSION
RÉFÉRENCES
ANNEXES

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