1 institut national agronomique de tunisie institut national agronomique de tunisie caracterisation...

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1 Institut National Agronomique Institut National Agronomique de Tunisie de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES ARIDES A L’AIDE DES IMAGES ARIDES A L’AIDE DES IMAGES SATELLITALES SATELLITALES Lutte Contre la Désertification Lutte Contre la Désertification Présenté par : Présenté par : BOUZGUENDA Neila BOUZGUENDA Neila Centre National de la Centre National de la Cartographie Cartographie et de Télédétection et de Télédétection

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Page 1: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

11

Institut National Agronomique Institut National Agronomique de Tunisiede Tunisie

CARACTERISATION ET SUIVI DE LA CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES PRODUCTION PRIMAIRE DES

ECOSYSTEMES ARIDES A L’AIDE DES ECOSYSTEMES ARIDES A L’AIDE DES IMAGES SATELLITALESIMAGES SATELLITALES

Lutte Contre la DésertificationLutte Contre la Désertification

Présenté par :Présenté par :

BOUZGUENDA NeilaBOUZGUENDA Neila

Centre National de la Cartographie Centre National de la Cartographie et de Télédétectionet de Télédétection

Page 2: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

22

IntroductionIntroduction ProblématiqueProblématique ObjectifObjectif Zone d’étudeZone d’étude Matériels et MéthodesMatériels et Méthodes RésultatsRésultats ConclusionConclusion

Plan

Page 3: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

33

IntroductionIntroduction

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

La végétation des écosystèmes arides du sud Tunisien représente une

ressource d’une grande importance de point de vue écologique, pour la

protection de l’environnement contre la désertification

Une gestion efficace de cette ressource nécessite un suivi de sa

dynamique à partir des indicateurs écologiques pertinents comme la

production primaire qui est identifiée comme une information clé pour :

l’évaluation de l’état des écosystèmes

La production primaire : exprime la capacité de photosynthèse, c’est-à-dire

la quantité d’assimilas produits par les végétaux sur une surface donnée à

un instant donné

Page 4: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

44

ProblématiqueProblématique

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Ces écosystèmes sont des milieux complexes caractérisés par un dynamisme élevé qui résulte :

Des changements rapides et intenses entraînant, la réduction en superficie des steppes, le déclin de la production de biomasse et la dégradation jusqu’à l’extrême de la végétation et du sol

Et d’une hétérogénéité induite par la répartition éparse et clairsemée de la végétation

D’où la nécessité d’une quantification précise, rapide et d’une façon répétée de l’indicateur biomasse pour un suivi à long terme des écosystèmes

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55

ObjectifObjectif

Développer une méthodologie permettant d'intégrer Développer une méthodologie permettant d'intégrer un un

modèle de productionmodèle de production et des mesures satellitales pour et des mesures satellitales pour

reproduire l'évolution de la croissance de la végétation des reproduire l'évolution de la croissance de la végétation des

écosystèmesécosystèmes

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Page 6: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

66

Région naturelle des basses plaines méridionales orientales de Tunisie

Couvre environ 80 000 ha

Étalée sur les gouvernorats: Sidi Bouzid au Nord, Sfax à l’Est, Gabès au Sud et à l’Ouest

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Localisation

Page 7: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

77

Climat

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Avec des précipitations annuelles très irrégulières comprises entre (100 et 200 mm),

La région est située en zone bioclimatique aride inférieur

Aridité climatique liée à la conjugaison

Une saison sèche qui s’étend sur toute l’année.

Des précipitations faibles

Températures élevées (T° annuelle moyenne > 20°C)

Diagramme Ombrothermique

0,00

20,00

40,00

60,00

JAN FEV MAR AVR MAI JUN JUL AOU SEP OCT NOV DEC

Mois

Préc

ipita

tions

en

mm

0,00

10,00

20,00

30,00

Tem

péra

ture

s en

°C

P moyenne T moyenne

Page 8: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

88

La végétation naturelleLa végétation naturelle

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Les steppes sont dominées par des buissons bas ligneuxLes steppes sont dominées par des buissons bas ligneux (chaméphytes), chaméphytes),

des pérennes xérophiles peu couvrantes et des plantes annuelles éphémères des pérennes xérophiles peu couvrantes et des plantes annuelles éphémères

qui se développent rapidement après les pluies de l’hiverqui se développent rapidement après les pluies de l’hiver

Ces steppes comprennent des associations végétales formant des Ces steppes comprennent des associations végétales formant des

séquences de végétations séquences de végétations

Séquence àSéquence à Rhanterium suaveolensRhanterium suaveolens etet ArtemisiaArtemisia campestriscampestris sur sols sur sols sableux sableux RK RK (RK0, RK1, RK2)(RK0, RK1, RK2)

Séquence àSéquence à Anarrhinum brevifoliumAnarrhinum brevifolium et et ZygophyllumZygophyllum album sur album sur substrats squelettiques gypseux substrats squelettiques gypseux AZ AZ (AZ0, AZ1, AZ2)(AZ0, AZ1, AZ2)

Séquence àSéquence à Artemisia herba-albaArtemisia herba-alba sur sols limoneux sur sols limoneux AA AA (AA0, AA1, AA2)(AA0, AA1, AA2)

représentent près des trois quarts de la superficie globale de la région

Page 9: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

99

Δ MST = εi . εc . εa . Rg

Modèle simple d’efficiences de MonteithModèle simple d’efficiences de Monteith

Permet de calculer la production annuelle de matière sèche en fonction Permet de calculer la production annuelle de matière sèche en fonction

du rayonnement solaire incident total par l'intermédiaire de trois efficiences : du rayonnement solaire incident total par l'intermédiaire de trois efficiences :

Climatique Climatique  (ε (εcc) : la fraction de rayonnement photosynthétiquement actif dans ) : la fraction de rayonnement photosynthétiquement actif dans

le rayonnement global le rayonnement global (constante à l’échelle local avec une moyenne de 0,48) (constante à l’échelle local avec une moyenne de 0,48)

D'interception du rayonnementD'interception du rayonnement (ε (εii) : la capacité du couvert végétal à ) : la capacité du couvert végétal à

intercepter le rayonnement photosynthétiquement actif intercepter le rayonnement photosynthétiquement actif

De conversionDe conversion biologiquebiologique du rayonnement photosynthétiquement actif en du rayonnement photosynthétiquement actif en matière sèche (εmatière sèche (εaa) )

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Page 10: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

1010

CAPTEUR RESOLUTION DATE NIVEAU DE CORRECTION

Landsat 7 TM 30 mUne série de 11 images de 1986 à mars 1999

En réflectance

Landsat 7 TM 30 m 14/10/1999 Brute (CN)

Données satellitales

Le logiciel de traitement d’images : Envi 4.2 Le logiciel de SIG : ArcGIS (ArcInfo Desktop) Version 9.2

La carte des systèmes écologiques (Hanafi, 1999 - 2000)

Données cartographiques

Données de terrains

Le spectroradiomètre portable ASD (Analytical Spectral Devices)

Le spectroradiomètre

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Logiciels

Matériels et données utilisés  Matériels et données utilisés 

La production primaire de l’année 1999 des écosystèmes

Page 11: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

1111

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion Démarche proposée

Validation

Données de terrains

Prétraitement et corrections

radiométriques

Données Satellitales

Efficiences de conversion

Modèle utilisé (Monteith)

Paramétrage

Carte des PP estimées (modèle de

Monteith) 1999

Modélisation

Forçage

fAPAR

PP 1999 estimées à partir du modèle de

Monteith

Caractérisation des (ROIs) parcelles et création des néo-

canaux

MSAVI 1999 Modified Soil adjusted vegetation Index

Image Landsat 1999 (CN)

Production primaire mesurée de l’année

1999

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1212

Rayonnement global annuel (1999)

Efficience climatique

PAR i

Production primaire annuelle (1999) estimée

Accroissement annuel en biomasse 1999(mesuré)

MSAVI (ROIs) (1999)

f APAR

(εi )

PAR a

Efficience de conversion

Relation linéaire a=∆MS/PARa

Forçage

Démarche d'application du modèle de Monteith

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

PARi : Rayonnement photosynthétiquement actif intercepté

PARa : Rayonnement photosynthétiquement actif absorbé

Page 13: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

1313

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Calcul du fAPAR : Stratégie de forçage

Données Terrain (Végétation naturelle)

Image fAPAR

( variable biophysique)

Image en réflectance(information radiométrique)Observation spatiale

Image MSAVI

Stratégie de forçage fAPAR = f(MSAVI)

Page 14: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

1414

y = 10,77x - 0,0175

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

MSAVI

fAP

AR

y = 10,733x - 0,4925

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 0,05 0,1 0,15

MSAVI

f A

PA

R

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Relation linéaire fAPAR – MSAVI « Forçage »

Écosystèmes RK2

Les Coefficients de la relation sont déterminés directement des images selon deux hypothèses

fAPAR = 0 associé à la valeur min

de MSAVI sur l’image (sol nu)

fAPAR = 1 associé à la valeur max

de MSAVI (densité max de la

végétation)

Écosystèmes AA2

Selon le principe que le fAPAR et le MSAVI sont linéairement reliés

Page 15: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

1515

Équations des relations linéaires entre fAPAR et MSAVI

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

ÉcosystèmesÉcosystèmes ffAPARAPAR

AZ0AZ0 ffAPARAPAR = 8,0835 = 8,0835 MSAVIMSAVI - 0,2111 - 0,2111

AZ1AZ1 ffAPAR APAR = 7,4139 = 7,4139 MSAVIMSAVI - 0,2319 - 0,2319

AZ2AZ2 ffAPARAPAR = 10,697 = 10,697 MSAVIMSAVI - 0,5151 - 0,5151

AA0AA0 ffAPARAPAR = 10,361 = 10,361 MSAVIMSAVI - 0,1665 - 0,1665

AA1AA1 ffAPARAPAR = 4,0927 = 4,0927 MSAVIMSAVI - 0,0488 - 0,0488

AA2AA2 ffAPARAPAR = 10,77 = 10,77 MSAVIMSAVI - 0,0175 - 0,0175

RK0RK0 ffAPARAPAR = 5,2804 = 5,2804 MSAVIMSAVI - 0,0755 - 0,0755

RK1RK1 ffAPARAPAR = 10,733 = 10,733 MSAVIMSAVI - 0,4925 - 0,4925

RK2RK2 ffAPARAPAR = 9,2165 = 9,2165 MSAVIMSAVI - 0,4221 - 0,4221

Les équations de régressions ont permis de calculer pour chaque pixel de l’image le fAPAR correspondant

Page 16: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

1616

Efficience de conversion

Relation linéaire entre PP et PARa

y = 0,0766x - 22,683

R2 = 0,9445

60

62

64

66

68

70

72

1050 1100 1150 1200 1250

PARa [MJ/ m²]

Pro

dc

ton

pri

ma

ire

[g

/m²

/an

]

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

εa de l’écosystème RK2 pour l’année 1999

Accroissement en biomasse annuel – Quantité d’énergie absorbée

εa prend la valeur de la pente de cette relation

L’efficience de conversion d’énergie lumineuse en énergie chimique est exprimée à partir de la relation :

∆ PAR a

MSTεa =

Page 17: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

1717

Efficiences de conversion des écosystèmes pour l’ année 1999

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

ÉcosystèmesÉcosystèmesE conversion E conversion

[g MS / MJ PAR/ m²][g MS / MJ PAR/ m²]

AZ0AZ0 0,0170,017

AZ1AZ1 0,0370,037

AZ2AZ2 0,1140,114

AA0AA0 0,0170,017

AA1AA1 0,0480,048

AA2AA2 0,0690,069

RK0RK0 0,0240,024

RK1RK1 0,0580,058

RK2RK2 0,0760,076

RK2 et AZ2 se distinguent par rapport aux autres écosystèmes par des vitesses de croissance plus importantes

AZ0 et AA0 ont les plus faibles vitesse de croissance

εa est proportionnelle à la quantité de biomasse produite par l’écosystème

Page 18: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

1818

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Efficacité photosynthétique des écosystèmes

Très comparable à nos résultats (1999)

Ces résultats peuvent vérifier que : L’efficience de conversion reste constante pour chaque écosystème

Efficacité pour la Efficacité pour la production / PAR aproduction / PAR a

1982 1982 (Floret et Pontanier ) )

19991999

AZ20,016 % 0.03 %

RK20,018 % 0.02 %

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1919

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

R2 = 0,8392

0100200300400500600700800900

1000

0 200 400 600 800 1000 1200

Biomasses mesurées

Bio

ma

ss

es

es

tim

ée

s

Une mesure de l’erreur de prédiction du modèle

RMSEP = 145,8 kg/ha

Le modèle rend a priori bien compte des gammes de variation observées pour l'ensemble des variables

La corrélation valeurs simulées - valeurs mesurées

Bien que le coefficient de régression r²= 0,83 est proche de 1

Comparaison entre PP mesurées et PP estimées (1999)

Il n’est pas suffisant pour l’évaluation du modèle

Page 20: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

2020

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Cet erreur est du principalement aux difficultés de quantifier les paramètres qui interviennent dans le modèle et aux erreurs des mesures de terrains

L’estimation de la production est très sensible à la qualité du signal satellitale utilisé

L’ajustement de la relation linéaire fAPAR -MSAVI est elle aussi très importante

Les différentes données de rayonnement n'induisent pas de différences flagrantes au niveau des estimations

Bien que l'efficience de conversion soit considérée constante à chaque écosystème, elle constitue elle aussi une source d'erreurs à ne pas négliger

L’erreur de prédiction du modèle

Page 21: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

2121

Carte des PP mesurées 1999 ( Allométrique)

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Carte des PP estimées (modèle de Monteith) 1999

La spatialisation des résultats estimées par le modèle de Monteith

Page 22: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

2222

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

Conclusion

La méthodologie adoptée s’est avérée concluante dans la mesure où

l’utilisation du modèle de production suivi-évaluation des écosystèmes

arides, à partir de leur potentiel biologique est rendue possible

Le modèle de Monteith propose une approche dont l'originalité satellitale

de calculer l'interception du PAR en fonction d'indices de végétation

La stratégie d'assimilation de données satellitales permet l'ajustement de

paramètres nécessaires à une modélisation fiable

Pertinence d’une synergie

Une alternative pour évaluer la PP de façon précise, consistante, avec

une bonne répétitivité, et à l'échelle de l’écosystème

Page 23: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

2323

Introduction Zone d’étude Matériels et Méthodes Résultats Conclusion

A l’avenir, il semble envisageable d'appliquer le concept

‘d'assimilation’ à l’échelle régionale, où aucune information

terrain n'est disponible, en combinant les informations

télédétectées à haute et basse résolutions spatiales

Perspectives

Page 24: 1 Institut National Agronomique de Tunisie Institut National Agronomique de Tunisie CARACTERISATION ET SUIVI DE LA PRODUCTION PRIMAIRE DES ECOSYSTEMES

2424

Merci pour votre Merci pour votre attentionattention