Traitement numerique des images satellitaires

Problematique

Cette etude conduite conjointement par le CIRAD-emvt et par le CIRAD-amis, s’inscrit dans le programme europeen DARCA (Desertification and Regeneration : Modelling the Impact of the Market Reforms on Central Asian Rangelands) reunissant une equipe pluridisciplinaire autour d’une thematique commune. Celle-ci concerne la transition du systeme politique et economique des pays d’Asie centrale issus du demantelement de l’Union Sovietique, et ses impacts sur l’organisation des hommes issus du milieu rural et sur leur environnement. Le volet que nous allons ici aborder concerne l’evolution et l’etat du couvert vegetal d’un ancien Kolkhoze, Ravnina, situe dans le sud-ouest du desert du Karakoum, au Turkmenistan. L’annee 1991, sera une charniere pour cette analyse, marquant l’effondrement de l’Union Sovietique et la naissance d’un nouvel Etat independant, le Turkmenistan. Comme pour la majorite de ces ≪jeunes≫ Nations issues de l’Empire sovietique, la transition du systeme communiste vers une economie de marche a entraine de profondes restructurations politiques et economiques. Les anciennes structures kolkhoziennes qui reunissaient les eleveurs se sont effondrees, et la plupart d’entre-elles ont ete partiellement ≪privatisees≫.

Les consequences directes ont ete la baisse des effectifs humains qui s’est accompagnee d’une chute generale du cheptel, et de l’abandon des parcours. Depuis 1997, une reprise du paturage s’est mise lentement en place. En marge des heritieres des Kolkhozes ≪Arinda≫, dont le fonctionnement est proche des cooperatives agricoles que nous connaissons en Europe, de nombreux eleveurs prives se sont etablis. Pour l’ensemble de ces eleveurs un meme constat s’est impose : les grandes migrations saisonnieres dont le transport par train ou camion etait alors assure par l’Etat centralise a laisse place au pature local a proximite des puits. Ces changements de parcours dans un milieu fragile qu’est le desert ont entraine un surpaturage dans certaines zones – autour des puits, des villages, le long des routes et des cours d’eau – dont la manifestation de la degradation s’observe par l’eradication des plantes perennes et par le developpement de dunes mobiles depourvues de vegetation. Ce processus de modification de l’environnement mise en relation avec les changements economiques et sociaux sera un des fils conducteurs qui nous guidera tout au long de notre etude.

En effet, parler de transformation du milieu ne peut se faire sans y integrer le role de l’activite humaine qui se trouve au coeur de ce processus. C’est elle qui modele et transforme son environnement. Les populations autochtones y trouvent leurs ressources de survie, le bois de feu, mais aussi les patures necessaires a leur activite principale qu’est l’elevage extensif de moutons ≪ Karakul ≫, de bovins et de dromadaires. Apprehender, mesurer ces signes de changements pour ne pas briser un equilibre entre l’homme et son milieu est l’objectif que nous nous sommes fixes. L’utilisation des donnees satellitaires issues de la teledetection haute resolution spatiale (donnees Landsat et Spot) est l’outil que nous avons privilegie pour realiser ce travail. Le but etant de tester les applications de la teledetection spatiale dans une perspective operationnelle d’evaluation et de suivi du couvert vegetal dans la zone du sud-est du desert du Karakoum. Nous essaierons ainsi de voir les possibilites et les limites qu’offre cette science a ce type de recherche.

Donnees geographiques

Le Karakoum fait partie de ce vaste desert d’Asie centrale connu sous le nom de la zone Touranienne. Avec ses 3000 km d’est en ouest et ses 2000 km du nord au sud, il occupe la vaste depression Aralo-caspienne et forme une plaine d’age quaternaire. Le Karakoum (≪ kara ≫ = noir; ≪ koum ≫ = sable) se localise dans sa partie la plus meridionale (Figure 1). Il est situe entre 37° – 42° Nord, et 56° – 64° Est. Avec ses 350 000 km2, le Karakoum occupe environ 80% de la superficie totale du Turkmenistan et voit sa partie nord-est se prolonger vers le Kyzylkoum en Ouzbekistan, et le Moyunkum au sud du Kazakhstan. Encadre au sud par la chaine de montagne de Kopet-Dagh, au nord-nord-ouest par le plateau gypseux d’Ust-Urt et au nord-est par la riviere Amou-Daria, le Karakoum turkmene se subdivise en trois regions naturelles : au Nord, le Zaunguz Karakoum, le Karakoum central et enfin le Karakoum du sud-est. Pour notre etude (Figure 2), nous avons travaille dans la region de l’ancien Kolkhoze de Ravnina qui se localise dans la partie du sud-est du Karakoum. (N37 57.013 E62 39.013). C’est une commune situee a 100 km au nord-est de Mary qui a heritee de ses anciennes limites administratives et qui s’etend sur 346 000 ha. Approximativement son territoire s’etend sur 45 km d’est en ouest et sur 50 km du nord au sud (Behnke, 2002).

Il constitue une zone relativement irriguee, traversee par le canal du Karakoum et limitee a l’est par la riviere du Murgab. Essentiellement constituee de sol sableux et profond, la topographie de cette partie du desert se caracterise par une succession de dunes fixees par la vegetation orientees sud-ouest / nord-est, dont l’altitude ne cesse d’augmenter a mesure que l’on se dirige vers le sud-sud-est, pour atteindre 300 a 350 m. Les espaces sablonneux sont separes par deux types de grandes depressions : les takirs, grandes depressions salees et planes, appelees aussi solontchak lorsqu’elles sont depourvues de vegetation, que l’on localise surtout au nord du canal, et les grands creux interdunaires qui en allant vers le sud font apparaitre des sols limono-sableux (Babaev, 1999). Ces depressions constituent de veritables reservoirs d’eau naturelle, qui lorsque le taux de salinite le permet favorisent l’installation de puits.

Donnees climatiques

Le desert du Karakoum se caracterise par un climat continental extremement sec a tendance mediterraneenne, avec une forte amplitude thermique annuelle et journaliere. Situe a la latitude sud de l’Europe, il est recouvert l’ete par l’air anticyclonique subtropical et l’hiver par l’air anticyclonique siberien a vents de nord-est. L’essentiel des precipitations est apporte par d’eventuels cyclones atlantiques venus de l’ouest. Or l’ocean est a 5000km : l’aridite de la region est donc fondamentalement une aridite d’eloignement continental aggravee ensuite par l’abri des obstacles montagneux proches : Caucase, Armenie et Elbourz. Les temperatures expriment fidelement cette continentalite d’un ≪ tempere ≫ aride dit ≪ aralien ≫ (J. Demangeot, 1989). Des temperatures moyennes de 14° a 16°C cachent une variabilite inter-annuelle importante. Avec des etes aux temperatures situees entre 35° et 40°C, le mois de juillet est le plus chaud. Des maxima absolus a plus de 50°C ont ete releves a Uch Hadzi, situe dans notre zone d’etude (Figure 3 et 4). Pendant cette saison, on enregistre une chute de l’humidite de l’air de 20 a 30% (Suslov, 1994) qui s’exprime par une evaporation du sol et des plantes de 2300 mm par an, chiffre superieur a la quantite annuelle de pluies. Le mois le plus froid est janvier avec des temperatures moyennes de 3°C et des minima absolus qui varient entre -13° et -29°C (UNFCCC, 1995).

Des precipitations (pluie et neige) rares et irregulieres caracterisent egalement ce milieu difficile. La moyenne des precipitations est de 150 mm par an pour le Karakoum du sud-est. Elles s’observent en hiver (environ 59 mm) et au printemps (environ 55 mm) avec un pic generalement au mois de mars. Le climat est donc de type mediterraneen a hiver tres froid. Le mois de juin marque la fin de cette saison des pluies et le debut d’une periode de secheresse qui se prolonge generalement jusqu’au mois d’octobre. Cette distribution des temperatures et des pluies est tres variable selon les annees (Figure 5). Les trois dernieres annees, 1999, 2000 et 2001, sont connues pour avoir ete specialement seches. L’annee 2002, en revanche, semble avoir enregistree des records de precipitations. La pluies et les nuages nous ont suivi pratiquement tout au long de ces deux mois passe sur le terrain. J Pour une observation a le plus long terme, une etude realisee par l’UNFCCC (1995) sur l’evolution du climat a observe une faible hausse generale des temperatures moyennes entre 1931 et 1990 : + 0.6°C dans le Nord et + 0.3°C a Merv. Les precipitations, elles, auraient connu une legere tendance a la hausse confirmee par nos donnees climatiques acquises aupres de l’institut du desert (Annexe 2). Cependant, cette hausse ne concernerait que le mois de janvier. En effet, au printemps et en automne, elles ont legerement diminue.

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Table des matières

1 Presentation du stage
1.1 Cadre du stage
1.1.1 L’entreprise d’accueil
1.1.2 Le deroulement du stage
1.2 Sujet du stage
1.2.1 Problematique et objectifs
1.2.2 Demarche, methode et outils
2 Description de la zone d’etude
2.1 Caracteristiques geoclimatiques principales
2.1.1 Donnees geographiques
2.1.2 Donnees climatiques
2.2 Caracterisation du milieu etudie et du terrain
2.2.1 Caracteristiques de la vegetation et les facteurs de degradation qui la menacent
2.2.2 Les releves de vegetation sur le terrain
3 Traitement numerique des images satellitaires
3.1 Analyse diachronique des donnees issues des images Landsat
3.1.1 Les pre-traitements
3.1.2 Analyse diachronique de l’evolution du couvert vegetal
3.2 Etude de l’etat de la vegetation a partir de l’image SPOT du 31 mai 2002
3.2.1 Les indices de vegetation
3.2.2 Mise en relation des mesures de vegetation (LIM et biomasse) avec les indices de vegetation
Conclusions
Bibliographie
Annexes