La 3D appliquée à l'étude des forêts tropicales

Publié par Adrien le 12/11/2020 à 09:00
Source: CNRS INEE
Les forêts tropicales abritent plus de la moitié des espèces de notre planète. Elles représentent une réserve importante de carbone, mise en péril par le réchauffement climatique. Leur déclin aurait de profondes conséquences sur le climat de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...).

Dans un article publié le 10 septembre 2020 dans la revue Remote Sensing of Environment, des chercheurs du laboratoire Évolution et Diversité Biologique de Toulouse (EDB-CNRS/ Université Toulouse III (L’université Toulouse-III, (nom d’usage : université Paul Sabatier) est une université française, située à Toulouse. Elle fait partie du PRES Université de Toulouse et a...) Paul Sabatier/IRD) et une équipe internationale ont développé une méthode permettant de reconstruire la structure tridimensionnelle des forêts tropicales. Cette méthode combine des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) de télédétection (La télédétection désigne, dans son acception la plus large, la mesure ou l'acquisition d'informations sur un objet ou un phénomène, par l'intermédiaire d'un instrument de mesure...) et des inventaires de terrain pour reconstruire la canopée (La canopée est l'étage supérieur de la forêt, en contact direct avec l'atmosphère libre. Elle est parfois considérée comme un...), mais aussi le sous-bois de la forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense, constituée d'un ou plusieurs peuplements d'arbres et d'espèces associées. Un boisement de faible...), à haute résolution sur plusieurs milliers d'hectares. Ce type de maquette forestière permet de rendre compte de la variabilité structurelle des forêts anciennes dans de nombreuses applications.


Exemple de nuage de points obtenu à l'aide d'un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light...) aéroporté après survol d'un pan de forêt tropicale (Guyane française). L'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et...) d'un point (Graphie) est d'autant plus importante que sa couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) est chaude. Les informations structurelles contenues dans ce nuage de points seront conjuguées à des données d'inventaire pour calibrer un modèle, lequel sera ensuite appliqué à l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) de la couverture LiDAR (La télédétection par laser ou LIDAR, acronyme de l'expression en langue anglaise « Light Detection and Ranging », désigne une technologie de télédétection ou de mesure...). © Nicolas Labrière - EDB

Du fait de leur structure complexe, l'étude des forêts tropicales est un défi scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les...) énorme. Les inventaires forestiers reposent sur l'inventaire des arbres présents sur des parcelles (dont la superficie (L'aire ou la superficie est une mesure d'une surface. Par métonymie, on désigne souvent cette mesure par le terme « surface » lui-même (par exemple, on...) est limitée, et couvre typiquement de quelques dixièmes à quelques dizaines d'hectares), mais n'offrent pas accès à la structure tridimensionnelle des forêts. Le laser aéroporté (LiDAR) permet quant à lui d'acquérir des données sur de vastes étendues par survol des forêts, qui seront donc observées du dessus. Cependant, fusionner ces approches reste délicat.

Dans cette étude parue dans la revue Remote Sensing of Environment, des scientifiques du laboratoire Évolution et Diversité Biologique de Toulouse (EDB-CNRS/ Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où...) Toulouse III Paul Sabatier/IRD) et une équipe internationale utilisent un modèle qui simule chaque arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres acquièrent une structure rigide composée d'un tronc qui peut...) individuellement afin de créer une représentation virtuelle de la canopée et des structures diamétriques d'arbres. L'algorithme exploite d'abord un inventaire forestier et les données LiDAR aériennes pour calibrer le modèle. Dans un second temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), le modèle, appelé Canopy Constructor, utilise cette calibration afin de reconstruire la forêt sur plusieurs milliers d'hectares. Des applications sont présentées dans des forêts tropicales en Guyane et au Gabon.


Vue d'une colline granitique (Inselberg) émergeant de la forêt des Nouragues en Guyane
© Nicolas Labrière - EDB

Cette toute nouvelle méthode présente de nombreuses applications potentielles pour analyser la structure et la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des forêts. Particulièrement, elle permet de construire des cartes à très haute résolution des stocks de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) contenu dans la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. ...) aérienne et, couplée avec des modèles dynamiques de végétation (La végétation est l'ensemble des plantes (la flore) sauvages ou cultivées qui poussent sur une surface donnée de sol, ou dans un milieu aquatique. On parle aussi de "couverture...), peut explorer la réponse des forêts tropicales aux changements climatiques.

Ce travail contribue à la compréhension de la fonction et de la structure des forêts tropicales avec notamment l'estimation de leur biomasse aérienne, qui influe fortement sur le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la...) terrestre.

Références:
A simulation method to infer tree allometry and forest structure from airborne laser scanning and forest inventories,
Fabian Jörg Fischer et al., Remote Sensing of Environment, 10 September 2020.
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