Département DYNamiques de l’Environnement COtier
Service Applications Géomatiques
Janvier 2008 – RST - DYNECO/AG/07-20/JP
Version intégrale
Guide de cartographie des habitats marins
Version intégrale
D
YNECO
–A
G
, janvier 2008
Ce rapport doit être cité ainsi :
Projet M
ESH
, 2008. Guide de cartographie des habitats marins
.
RST
-
DYNECO
/
AG
/
07-20
/
JP
– Ifremer, Centre de Brest, p. 342
Le projet M
ESH
a été financé par le programme européen
I
NTERREG IIIB
.
Table des matières
Introduction ............................................................................................................................7
À propos du projet M
ESH
......................................................................................................................7
Extrants du projet M
ESH
.......................................................................................................................8
Contexte du Guide M
ESH
.....................................................................................................................9
Comment utiliser le Guide M
ESH
........................................................................................................10
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?...............................................................13
1.1 - La cartographie des habitats dans M
ESH
...................................................................................15
1.2 - Pourquoi a-t-on besoin de cartes d'habitats ? ...........................................................................19
1.3 - Qu'est-ce qu'un habitat ? ...........................................................................................................23
1.4 - Que veut-on cartographier ? ......................................................................................................42
1.5 - Comment se fait la cartographie des habitats ? ........................................................................56
1.6 - Quelles sont les limites de la cartographie des habitats ?.........................................................61
1.7 - Gestion des données .................................................................................................................67
1.8 - Comment planifie-t-on la cartographie des habitats ? ...............................................................69
1.9 - Conclusion .................................................................................................................................71
2 - Que veut-on cartographier ?..........................................................................................75
2.1 - Définition de la portée du programme .......................................................................................76
2.2 - Détermination de l'information manquante ................................................................................87
2.3 - Définition des levés à effectuer..................................................................................................98
2.4 - Optimisation de la télédétection.............................................................................................. 122
2.5 - Optimisation de la campagne de terrain ................................................................................. 130
2.6 - Exécution des levés ................................................................................................................ 152
2.7 - Remerciements ....................................................................................................................... 152
2.8 - Références.............................................................................................................................. 153
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? ............................................................157
3.1 - Pourquoi acquérir des données de cartographie d’une manière normalisée ? ...................... 158
3.2 - Compétences techniques requises pour faire des levés ........................................................ 159
3.3 - Lignes directrices opérationnelles pour la cartographie des habitats..................................... 159
3.4 - Utilisation d’une combinaison de techniques.......................................................................... 171
3.5 - Organisation des données et métadonnées requises ............................................................ 174
3.6 - Épuration et traitement initial des données............................................................................. 180
3.7 - Conclusion .............................................................................................................................. 187
3.8 - Remerciements ....................................................................................................................... 187
4 - Comment réalise-t-on une carte ? ...............................................................................191
4.1 - Choix d’une stratégie de traitement cartographique ............................................................... 192
4.2 - Optimisation de l’analyse des données de terrain .................................................................. 197
4.3 - Optimisation des couches physiques ..................................................................................... 220
4.4 - Optimisation de la construction de la carte............................................................................. 233
4.5 - Conception et réalisation de la carte d’habitats ...................................................................... 255
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? ...........................................................265
5.1 - Qu’est-ce que l’exactitude ?.................................................................................................... 267
5.2 - Comment peut-on évaluer l’exactitude d’une carte ? ............................................................. 273
5.3 - Comment interpréter une évaluation de l’exactitude ? ........................................................... 280
5.4 - Jusqu’à quel point peut-on avoir confiance en une carte ? .................................................... 280
5.5 - La méthode M
ESH
d’évaluation de la fiabilité d’une carte....................................................... 283
5.6 - Comment interpréter une évaluation de la fiabilité ? .............................................................. 294
5.7 - Remerciements ....................................................................................................................... 295
6 - Que peut-on faire avec une carte ? .............................................................................297
6.1 - Utilisation de cartes................................................................................................................. 298
6.2 - Description de cartes .............................................................................................................. 305
6.3 - Mise en commun de cartes..................................................................................................... 312
6.4 - Conversion de cartes .............................................................................................................. 318
6.5 - Combinaison de cartes ........................................................................................................... 326
6.6 - Diffusion de cartes dans Internet ............................................................................................ 330
Glossaire Guide Mesh........................................................................................................335
7
Introduction
Le Guide M
ESH
de la cartographie des habitats marins propose un cadre méthodologique de la cartographie des habitats marins, qui donne l’information nécessaire pour assurer la cohérence et la compatibilité des cartes d’habitats benthiques.
Le Guide M
ESH
de la cartographie des habitats marins a pour objectif d’aider le lecteur à bien comprendre tous les processus et décisions requis pour produire une carte d’habitats benthiques complète, adaptée à sa finalité et de grande qualité.
Ce Guide fournit des explications simples ainsi qu’une aide détaillée, étape par étape, au processus de cartographie. Chaque chapitre possède une structure hiérarchique : le niveau supérieur énonce en termes simples des principes qui sont de plus en plus détaillés à mesure que l’on descend dans la hiérarchie. Quelle que soit votre participation
à un programme de cartographie, ce Guide constitue une passerelle donnant accès à l’information dont vous avez besoin. Il contient de nombreux renvois qui devraient vous permettre de naviguer vers l’information voulue.
À propos du projet M
ESH
M
ESH
est l’acronyme de
Mapping European Seabed Habitats (Cartographie des habitats benthiques européens). C’est un programme international de cartographie des habitats marins qui a commencé au printemps 2004 pour se terminer en janvier 2008. Au nombre de douze, les partenaires du projet M
ESH
viennent de cinq pays du nord-ouest de l’Europe : Royaume-Uni, Irlande, Pays-Bas, Belgique et France. Ils apportent un mélange
équilibré de compétences scientifiques et techniques dans le domaine de la cartographie des habitats, d’expertise en acquisition et gestion de données à l’échelon national, ainsi que d’expérience de la gestion à l’aide de cartes d’habitats. Le projet M
ESH
bénéficie du soutien financier du programme
INTERREG IIB
.
8 Introduction
Territoire étudié dans le cadre du projet M
ESH
, avec le détail des eaux des cinq pays représentés au sein du projet
Deux des principaux objectifs du projet M
ESH
étaient les suivants : produire des cartes d’habitats benthiques du nord-ouest de l’Europe qui soient accessibles par le Web (voir le
SIG webGIS de M
ESH
), et élaborer des normes et protocoles internationaux pour les programmes de cartographie du fond de la mer – le Guide M
ESH
de la cartographie des
habitats marins. De plus, le projet a produit un certain nombre d’extrants énumérés ciaprès.
Extrants du projet M
ESH
¾
La première carte harmonisée des habitats benthiques du nord-ouest de l’Europe
(établie selon la typologie E
UNIS
des habitats).
¾
Un catalogue exhaustif de métadonnées contenant des détails sur plus de
1000 programmes de cartographie du fond de la mer.
¾
Une méthode d’évaluation de la qualité des cartes d’habitats – méthode M
ESH d’évaluation de la fiabilité d’une carte.
¾
Un ensemble de nouvelles études de cartographie qui ont permis de tester, d’évaluer et d’améliorer les normes et protocoles de cartographie.
Des modèles de prédiction du type d’habitat, fondés sur des données physiques et hydrographiques de divers territoires et à différentes profondeurs
Des études de cas illustrant l’utilisation politique, économique et environnementale de
cartes d’habitats marins pour la planification et la gestion spatiales, de l’échelon local à l’échelon international
Une conférence internationale, tenue les 14 et 15 mars au château de Dublin (Dublin
Castle), et dont les actes ont été publiés
Introduction 9
Une variété de documents d’enseignement et d’exposition, dont des affiches et des présentations sur divers aspects de la cartographie des habitats
Pour de plus amples renseignements sur le projet M
ESH
et ses partenaires, et pour accéder à l’ensemble des extrants du projet, prière de consulter le site Web du projet, à l’adresse http://www.searchmesh.net/ .
Contexte du Guide M
ESH
Le Guide M
ESH
de la cartographie des habitats marins résulte du besoin de normaliser les approches et les techniques de la cartographie des habitats, afin d’améliorer la compatibilité des cartes et des données, et de donner des conseils faciles à comprendre aux utilisateurs et à toute personne intervenant dans la réalisation de cartes d’habitats benthiques.
Le présent Guide M
ESH
vise à fournir un cadre méthodologique pour la cartographie des
habitats marins, de sorte que les programmes futurs de cartographie produisent des
cartes de grande qualité qui soient compatibles entre elles et que l’on puisse rassembler dans des cartes communes harmonisées. Il contribuera à rendre les cartes d’habitats plus compatibles en décrivant pas à pas des procédures et des normes éprouvées. Les explications de chaque étape des processus de prise de décisions s’accompagnent de renvois à un dossier de documents donnant accès à des outils, à des modèles et à des descriptions détaillées d’exemples concrets et d’études de cas pertinentes.
Ce cadre constitue un guide général, étoffé de discussions approfondies, d’études de cas et de renvois vers d’autres sources d’information. Il est destiné aussi bien aux personnes qui commandent des levés qu’à celles qui les exécutent. En plus du présent document en français, le principal support utilisé est un ensemble de documents sous forme
électronique (en anglais) qui, à partir des principes généraux de la cartographie des
habitats, permettent à l’utilisateur d’en franchir toutes les étapes : définition de la finalité et des objectifs d’un programme de cartographie, conception d’une stratégie de levés, choix des techniques appropriées, acquisition, traitement et interprétation des données,
évaluation du rendu cartographique. À toutes les étapes des levés, l’utilisateur est guidé dans la prise de décisions par un exposé des points importants enrichi de renvois à des notes, à des études de cas et à des renseignements détaillés, par exemple sur les protocoles d’utilisation de techniques précises.
Le cadre de planification et d’exécution des levés destinés à un programme de cartographie des habitats est différent de celui d’autres formes de levés dans le domaine de l’environnement, tels que ceux que l’on exécute pour faire le suivi de l’état ou de la qualité d’un milieu. Le présent Guide M
ESH
vise à aider tous les intervenants dans la cartographie des habitats, notamment par des organigrammes montrant de manière ordonnée et systématique les décisions à prendre. Mais il ne prend évidemment pas ces décisions à votre place : il n’existe pas de méthode unique et universelle de planification et de réalisation d’un programme de cartographie des habitats (même s’il y a de nombreuses manières de faire fausse route !). On espère toutefois que les conseils donnés ici vous aideront à faire les bons choix et vous encourageront à motiver vos décisions.
En plus de présenter d’une manière générale la cartographie des habitats, ce Guide M
ESH
fournit des conseils portant sur chacune des étapes du processus de planification.
Certaines sections sont destinées à être simplement lues, mais ce Guide se veut pour l’essentiel une passerelle vers l’information nécessaire, grâce à de nombreux renvois vers des pages Web et d’autres documents. À certains moments toutefois, vous voudrez revenir à une discussion plus générale ou aller directement voir des exemples, des études de cas ou d’autres réalisations du projet M
ESH
.
10 Introduction
Pour obtenir de plus amples renseignements sur le projet M
ESH
ou accéder aux nombreux autres extrants de ce projet, veuillez consulter le site Web du projet M
ESH
, à l’adresse www.searchM
ESH
.net
.
Comment utiliser le Guide M
ESH
Le Guide M
ESH
de la cartographie des habitats marins est conçu pour vous guider pas à pas dans la prise de décisions à toutes les étapes d’un programme de cartographie des
habitats. Ses six chapitres portent chacun sur une partie différente du processus de cartographie. Chaque chapitre possède une structure hiérarchique qui commence au niveau supérieur par un aperçu général du sujet abordé, suivi de niveaux de plus en plus détaillés d’information technique généralement accompagnée d’exemples d’application des concepts dans des études réelles.
Structure générale
Le Guide M
ESH
de la cartographie des habitats marins possède quatre niveaux d’information, auxquels s’ajoute un dossier de documents. Ces divers niveaux s’adressent
à des publics différents :
Introduction 11
Documents
Les auteurs se sont efforcés d’ajouter des documents à l’appui de leur texte. Ces documents prennent la forme de textes, de modèles, d’images, d’outils interactifs et d’exemples (normalement assez courts) illustrant l’emploi de diverses techniques dans des programmes réels de cartographie. Ces documents, auxquels le présent Guide M
ESH
se réfère, sont indiqués par leur nom, en bleu dans le texte, qui renvoie à une liste dans l’ordre d’apparition placée à la fin de chaque chapitre.
Chaque référence est accompagnée d’une URL sur le site internet M
ESH
. Ces documents peuvent être téléchargés sur le site http:/www.searchmesh.net/Default.aspx?page=1901 dans la section Resource downloads . D’autre part, un glossaire donne la définition de nombreux termes importants, indiqués en italique dans le texte, cependant que des mots ou des recommandations peuvent parfois faire l’objet de caractères gras.
Le texte intégral de la version originale anglaise, du présent Guide M
ESH
, peut être téléchargé par chapitre à partir du site http:/www.searchmesh.net/Default.aspx?page=1899 .
Utilisation de l’information
Ce Guide M
ESH
et tous les documents qui l’accompagnent sont protégés par le droit d’auteur et ne peuvent être modifiés sans le consentement préalable des auteurs. Veuillez prendre connaissances des conditions d'utilisation du site Web du projet M
ESH
.
Problèmes techniques
Veuillez signaler à l’équipe du projet M
ESH
, à l’adresse info@searchMesh.net
, toute erreur technique ou toute difficulté d’utilisation du site Web du projet M
ESH
.
Conditions d’utilisation
Le Guide M
ESH
de la cartographie des habitats marins constitue un résultat important du projet M
ESH
, accessible sans restriction et sans frais. Les utilisateurs se servent toutefois de son contenu et des documents connexes à leurs propres risques, et les partenaires du projet M
ESH
déclinent toute responsabilité pour toute perte subie par des tiers.
Auteurs
Le présent Guide M
ESH
de la cartographie des habitats marins a été traduit de l’anglais par Benoît T
HOUIN
(T
ETRACOMM
inc.), traducteur agréé En-Fr (
ATIO
). Brigitte G
UILLAUMONT et Jacques P
OPULUS
(I
FREMER
), ainsi que Mary-Christine T
HOUIN
(T
ETRACOMM
), ont assuré la révision, l’adaptation et la relecture de la version française.
Tous les partenaires du projet M
ESH
ont contribué d’une manière ou d’une autre à la rédaction de la version originale intitulée The M
ESH
Guide to Marine Habitat Mapping, que ce soit en rédigeant le texte des chapitres ou en fournissant des exemples, des figures ou des études de cas. Les fichiers téléchargeables du dossier des documents mentionnent leurs auteurs respectifs. Voici les auteurs et les collaborateurs des six chapitres de ce document :
Qu’est-ce que la cartographie des habitats ?
Bob F
OSTER
-S
MITH
(E
NVISION
), David C
ONNOR
(J
NCC
) et Jon D
AVIES
(J
NCC
)
Que veut-on cartographier ?
Roger C
OGGAN
(C
EFAS
) et Jacques P
OPULUS
(I
FREMER
)
Comment se fait l’acquisition des données ?
Jonathan W
HITE
(M
ARINE
I
NSTITUTE
) et Fiona F
ITZPATRICK
(M
ARINE
I
NSTITUTE
)
12 Introduction
Comment réalise-t-on une carte ?
Vera van L
ANCKER
(U
NIVERSITY OF
G
ENT
) et Bob F
OSTER
-S
MITH
(E
NVISION
)
Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ?
Bob F
OSTER
-S
MITH
(E
NVISION
), Natalie C
OLTMAN
(J
NCC
) et Fiona F
ITZPATRICK
(M
ARINE
I
NSTITUTE
)
Que peut-on faire avec une carte ?
Natalie C
OLTMAN
(J
NCC
)
Collaborateurs
Paul G
ILLILAND
(N
ATURAL
E
NGLAND
) et Sytze van H
ETEREN
(T
NO
-N
ITG
) ont aussi collaboré à la rédaction.
Marlène R
OUCHON
a effectué l’ensemble de la mise en forme du document, avec l’aide précieuse de Christine L
E
P
AUL
(I
FREMER
).
Remerciements
Tous les partenaires du projet M
ESH
ont contribué au présent Guide M
ESH
de la
cartographie des habitats marins et doivent être remerciés pour tous les efforts qu’ils ont faits afin que les idées de départ se concrétisent en un produit réel. Les partenaires du projet M
ESH
remercient leurs organismes respectifs, leurs bailleurs de fonds et le programme I
NTERREG IIIB
de leur soutien financier.
De plus, les auteurs des chapitres ci-dessous du Guide M
ESH
ont inclus les remerciements qui suivent.
Que veut-on cartographier ?
Nous tenons à remercier David L
ONG
(B
GS
) de sa contribution à certaines parties de ce chapitre, de même que les personnes suivantes pour leurs précieux commentaires sur les
ébauches de ce chapitre : Jon D
AVIES
et David C
ONNOR
(J
NCC
), Bob F
OSTER
-S
MITH
(E
NVISION
Ltd), David L
ONG
(B
GS
) et Vera van L
ANKER
(U
GENT
).
Comment se fait l’acquisition des données ?
Nous tenons à remercier David C
ONNOR
, Jon D
AVIES
, Roger C
OGGAN
, Dave L
ONG
,
Jacques P
OPULUS
et Bob F
OSTER
-S
MITH
pour leurs commentaires sur les ébauches de ce chapitre. En plus du programme I
NTERREG IIIB
, les organismes suivants ont apporté leur soutien au cours du projet M
ESH
et nous leur en sommes reconnaissants : I
NFOMAR
, la
Commission géologique d’Irlande et le Marine Institute.
Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ?
Les partenaires du projet M
ESH
tiennent à remercier le Groupe de travail sur l’exactitude et la fiabilité pour la compilation des tableaux, ainsi que Dan F
OSTER
-S
MITH
pour le travail considérable qu’il a accompli lors de la création de l’outil d’évaluation de la fiabilité.
13
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Bob F
OSTER
-S
MITH
, David C
ONNOR
et Jon D
AVIES
Dans le contexte du projet M
ESH
, la cartographie des habitats se définit comme suit :
La représentation de la répartition et de l'étendue des habitats, résultant en une carte qui couvre totalement le fond de la mer et montre des frontières claires entre habitats adjacents.
Ce Guide M
ESH
expose une méthode particulière, qui consiste à représenter la répartition des habitats en interprétant des couches de données physiques, souvent acquises par télédétection, à l'aide d'information sur les habitats benthiques obtenue par prélèvement et observation directs sur le terrain. Comme seule une petite fraction du fond de la mer peut être observée ou faire l'objet de prélèvements, une couverture totale des habitats est déduite par association entre les données physiques sur les habitats et les échantillons, de telle sorte que la carte finale constitue une prédiction de la répartition des habitats.
Les paramètres physiques sont utilisés comme des intermédiaires pour représenter les données biologiques des habitats.
14 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Résumé du processus de cartographie des habitats préconisé par les partenaires du projet M
ESH
Une carte complète des paramètres physiques des habitats (les données intermédiaires) s'obtient directement par divers moyens de télédétection (p. ex. la bathymétrie se fait par
échosondage) ou est déduite de modèles mathématiques de l'environnement marin (p. ex. l'énergie des vagues est déduite de modèles de prévisions météorologiques). Le processus logique qui établit le lien entre les données de terrain et les cartes physiques est désigné par le terme général de modélisation. Dans certains cas, ce peut être un processus simple faisant appel à l’avis d'experts, alors que dans d'autres cas, la modélisation comporte plusieurs étapes de transformation et de combinaison de nombreux jeux de données pour produire les cartes finales.
En résumé, le processus de cartographie des habitats comporte des levés, ainsi que l’acquisition, l'analyse et la modélisation de données pour en déduire la répartition des
habitats, puis le dessin de cartes qui soient claires et adaptées aux objectifs visés.
Ce premier chapitre présente le domaine de la cartographie des habitats marins en exposant les fondements requis pour que le lecteur comprenne bien les notions de base, les utilisations et les limites de la cartographie des habitats marins, et constitue une introduction pour les chapitres suivants. Voici les sujets abordés dans ce chapitre :
– la cartographie des habitats dans M
ESH
. Processus de cartographie, y compris les différentes échelles et les divers niveaux de détail ; relations entre ce que l'on peut détecter à l'aide des techniques de levé et la variabilité des habitats ; types de données nécessaires pour réaliser des cartes en faisant des liens entre variables environnementales et caractéristiques physiques et biologiques du fond ;
– pourquoi a-t-on besoin de cartes d'habitats ? Aperçu des principales utilisations des
cartes d'habitats ainsi que des principaux énoncés politiques qui requièrent cette
information ;
– qu'est-ce qu'un habitat ? Description du concept d'habitat et de ses variations d'étendue et d'échelle ; introduction aux typologies des habitats.
– que veut-on cartographier ? Quelques notions de base de la cartographie des
habitats, en insistant sur la nécessité de définir clairement le niveau de détail requis et le territoire à cartographier ; raisons pour lesquelles certains habitats ne peuvent pas
être cartographiés ou représentés sur une carte à l'échelle choisie ;
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 15
– comment se fait la cartographie des habitats ? Différentes approches de la
cartographie des habitats ; données requises pour divers types d'habitat ;
– quelles sont les limites de la cartographie des habitats ? Exposé de ce qui peut
être représenté sur une carte, ainsi que des possibilités et des limites d'une carte; raisons pour lesquelles certains habitats ne peuvent pas être cartographiés; notions l'amélioration des données disponibles ainsi que de l'évolution de l'environnement ;
– gestion des données. Nécessité d'une saine gestion des données ; métadonnées nécessaires tout au long du processus de cartographie ;
– comment planifie-t-on la cartographie des habitats ? Considérations fondamentales pour une planification efficace d'un programme de cartographie des habitats ; principales étapes du cycle de planification ; liens vers les chapitres du Guide M
ESH
qui abordent chaque sujet plus en détail.
1.1 - La cartographie des habitats dans M
ESH
Les personnes qui commandent la réalisation d'un programme de cartographie des
habitats doivent avoir un minimum de connaissances de toutes les étapes de ce processus, afin d'avoir des attentes réalistes et de veiller à ce que les travaux entrepris correspondent aux objectifs visés. Pour leur part, les opérateurs de terrain doivent avoir une bonne idée des tâches à accomplir, afin d'avoir l'assurance qu'ils acquièrent et traitent les données à un niveau compatible avec la cartographie des habitats. Cette introduction présente les fondements de la cartographie, de sorte que tous les intervenants d'un programme de cartographie des habitats puissent prendre ensemble des décisions sur la meilleure manière d'atteindre les objectifs visés.
Une carte des habitats benthiques montre une prédiction de la répartition géographique des classes d'habitat. La cartographie des habitats est le processus de production d'une
carte des habitats. Dans la réalité toutefois, il s'agit d'un processus continu de développement de nos connaissances du milieu marin. Ce processus demeure toujours inachevé : comme les cartes sont de nature prédictive, elles doivent être mises à l'épreuve puis être raffinées à mesure que nos connaissances s'améliorent. Ainsi nos
prédictions deviennent plus exactes et notre confiance envers les cartes augmente. Il ne faut pas oublier que :
Une carte des habitats est une représentation de notre meilleure estimation de la répartition des habitats à un moment donné, compte tenu des connaissances disponibles à ce moment.
Dans un sens plus étroit, la cartographie des habitats est la représentation de la répartition et de l'étendue des habitats sur l'ensemble d'un territoire, avec une indication des frontières entre habitats adjacents. La figure ci-après résume le processus de
cartographie des habitats; on la retrouve ailleurs dans ce Guide M
ESH
, avec un contenu adapté aux différents aspects du processus.
16 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Organigramme des principales étapes de la réalisation d'une carte des habitats par l'intégration de données de terrain et de données physiques exhaustives
La cartographie des habitats est un processus complexe qui exige une somme considérable de compétences et de ressources afin de produire des cartes d'habitats benthiques qui répondent aux besoins des utilisateurs. Avant d'entreprendre un programme de cartographie des habitats, il est important de comprendre les motifs scientifiques et politiques pour lesquelles nous avons besoin de cartes d'habitats benthiques.
1.1.1 - Quels sont les phases importantes de la cartographie des habitats ?
La cartographie des habitats consiste à combiner de l'information tirée de données d’échantillonnage et des données physiques exhaustives dont on sait qu'elles permettent de distinguer divers habitats. Les données physiques s'obtiennent directement par divers moyens de télédétection (p. ex. la bathymétrie peut s’effectuer à l’aide de techniques acoustiques) ou sont déduites de modèles de l'environnement marin (p. ex. l'énergie des vagues est déduite de la hauteur des vagues et de la bathymétrie). Seule une petite fraction du fond de la mer peut être directement observée ou faire l'objet de prélèvements, et une couverture totale des habitats est déduite (prédite) par association entre les données physiques couvrant tout le territoire et les échantillons prélevés. Lorsqu'ils sont interprétés correctement, les paramètres physiques constituent des intermédiaires qui représentent les données biologiques des habitats, grâce à un processus logique désigné par le terme général de modélisation. Dans certains cas, ce peut être un processus simple faisant appel à l’avis d'experts, alors que dans d'autres cas, la modélisation comporte plusieurs étapes de transformation et de combinaison de nombreux jeux de données.
L'étape logique qui combine des données de télédétection couvrant tout le territoire et des données de terrain très limitées a des conséquences majeures sur le succès du processus de cartographie des habitats et sur la qualité des cartes finales qui en résultent. Des questions se posent à propos de l'échantillonnage : jusqu'à quel point un programme de levés est-il représentatif de tout le territoire ? Les techniques de télédétection ont leurs limites : jusqu'à quel point les diverses techniques et stratégies de télédétection permettent-elles de distinguer les différents habitats ? Puisque seule une petite fraction du fond marin est échantillonnée, on ne peut jamais être certain de la
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 17 répartition des habitats que l'on en déduit : avec quel degré d'exactitude une carte préditelle la répartition réelle des habitats ?
La conséquence la plus importante du processus de cartographie des habitats est probablement le fait que les cartes d'habitats ne sont pas une simple représentation de données d'observation : elles font des conjectures sur la répartition des habitats à partir des meilleures données disponibles et devraient idéalement résulter de modèles bien
élaborés des liens entre paramètres physiques et données biologiques. Les cartes doivent être mises à l'épreuve, et les modèles sous-jacents évalués, puis modifiés et améliorés au besoin, de sorte que nous ayons une confiance accrue quant à notre compréhension de la répartition réelle des habitats benthiques. Les chapitres 4 et 5 exposent plus en détail le processus de modélisation et expliquent comment évaluer l'exactitude et la fiabilité d'une carte.
L’intégration des données de télédétection et des données de terrain est une phase cruciale du processus de cartographie des habitats tel qu’on le conçoit dans le projet
M
ESH
. Le processus schématisé plus haut sera présent dans tout le Guide M
ESH
comme cadre sous-jacent de la conception des levés, de la réalisation de cartes et d'évaluation de leur fiabilité.
Ce cadre englobe également la vaste gamme d'activités des partenaires du projet M
ESH
, qui vont de la cartographie de zones relativement petites à partir d'une seule campagne de levés, jusqu'à la synthèse au bureau de nombreuses sources disponibles de données et d'information afin de constituer une carte des habitats d'une vaste région en faisant appel à la modélisation. Les données utilisées pour la modélisation au bureau sont issues de la télédétection, mais elles peuvent avoir subi des étapes intermédiaires d'analyse et d'interprétation qui les rendent aptes à l'analyse. Les principes sont donc les mêmes dans tous les cas, mais les étapes à franchir peuvent être plus ou moins longues selon l'ampleur de l'analyse et de la modélisation requises. La cartographie des habitats marins comporte toute une gamme d’activités, dont les deux extrémités spatiales correspondent aux termes échelle globale et échelle fine.
Remarque : La cartographie des données d'origine (représentation de données ponctuelles, extrapolation à partir de points pour créer une image sans faire appel à une
carte intermédiaire de données de télédétection, tracé de faciès acoustiques, création de
cartes de sédiments, etc.) ne constitue pas une cartographie des habitats au sens où on l'entend dans le projet M
ESH
, même lorsque la création de telles cartes fait partie du processus de cartographie des habitats. Cette distinction peut sembler subtile, mais elle est essentielle pour comprendre jusqu'à quel point le processus de cartographie des
habitats décrit dans ce Guide M
ESH
se distingue des autres méthodes de représentation du fond de la mer sur une carte.
1.1.2 - Autres types de cartes d'habitats
Bien d'autres catégories de données géographiques liées aux habitats peuvent être représentées sur une carte, mais elles ne sont pas abordées en détail dans ce Guide
M
ESH
.
¾ Données de terrain – Des échantillons biologiques (p. ex. de source vidéo ou prélevés à la benne) peuvent être représentés sur une carte sous forme de points.
Une fois qu'on leur a affecté un type d'habitat, ils font partie intégrante du processus de cartographie des habitats à titre de données de terrain, mais leur représentation cartographique peut également être considérée comme une carte d'habitats simple.
18 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Exemple de carte d'échantillons de terrain
¾ Données acoustiques – Un tracé de faciès acoustiques (p. ex. d'images de sonar à balayage latéral) peut être directement interprété comme des habitats, mais il faut une acquisition adéquate de données sur le terrain pour confirmer toute interprétation des caractéristiques des habitats.
Exemple d'image de sonar à balayage latéral
¾ Cartes d'interpolation – On peut faire l'interpolation à partir de données ponctuelles pour obtenir une surface continue. À titre d'exemple, il est possible d’appliquer diverses méthodes d'interpolation, telles que l'interpolation à l'aide du plus proche voisin, à des données ponctuelles sur les classes d'habitat. Par contre, si cette interpolation n'est pas enrichie par des données de télédétection, les cartes obtenues ne sont pas des cartes d'habitats au sens où on l'entend dans ce Guide.
¾ Cartes de densité – On peut faire un sommaire de données ponctuelles sous forme d’une carte de densité, ou par des indications de présence ou d'absence dans une grille d'enregistrement définie au préalable, par exemple des rectangles CIEM. Ces
cartes résument des observations, mais aucune modélisation faisant appel à des données de télédétection n'est employée pour prédire les répartitions.
Exemple de carte de densité produite par interpolation
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 19
1.2 - Pourquoi a-t-on besoin de cartes d'habitats ?
La visualisation de la répartition spatiale, de la qualité et de la quantité des ressources benthiques est essentielle à notre compréhension des écosystèmes marins et à notre capacité de gérer l'activité humaine afin de réaliser un développement qui soit effectivement durable et de maintenir le fonctionnement des écosystèmes marins. Les
cartes ont de nombreuses applications dans les domaines de la gestion, de la planification, des politiques et de la recherche, et constituent une partie intégrante et importante des systèmes d'information de gestion. Des cartes d'habitats sont nécessaires pour, entre autres :
– soutenir une utilisation durable des ressources benthiques ;
– aider à mettre en œuvre une approche écosystémique de la gestion de l'environnement marin ;
– aider à la protection des habitats rares, sensibles et menacés ;
– améliorer les bilans de l'état de l'environnement, en particulier en inscrivant les résultats des stations de surveillance dans un contexte géographique plus vaste ;
– aider à cibler les efforts de surveillance ;
– soutenir la sélection et la délimitation optimale des aires marines protégées (AMP) ;
– améliorer notre compréhension du fonctionnement des écosystèmes marins – notamment de leurs liens avec l'hydrographie, la colonne d'eau, les populations de poissons et le climat ;
– faire de la recherche scientifique ;
– évaluer l'importance, la rareté et l'étendue des habitats aux échelons local, régional, national et international.
En outre, les objectifs et la mise en œuvre de politiques internationales exigent de plus en plus une information cartographique sur les habitats. Mentionnons entre autres :
– la directive 92/43/CEE concernant les habitats naturels (1992) ;
– la déclaration ministérielle de 1996 concernant la mer du Nord ;
– la directive-cadre 2000/60/CE dans le domaine de l’eau (2000) ;
– la directive 2001/42/CE relative à l'évaluation des incidences de certains plans et programmes sur l'environnement (2001) ;
– le Livre vert de 2006 pour une politique maritime de l’Union européenne ;
– la proposition de directive Stratégie marine de la Commission européenne (2007-
2008).
Le terme habitat est souvent employé dans ces énoncés de politiques et plus généralement dans les milieux scientifiques, politiques et de la gestion environnementale.
Il a par conséquent plusieurs définitions qui peuvent être source de confusion lorsque des
« cartes d'habitats » réalisées pour répondre à certains objectifs sont transmises à des utilisateurs d'horizons différents.
20 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
1.2.1 - Besoins généraux en matière de cartes d'habitats
Les cartes ont de nombreuses applications dans les domaines de la gestion, de la planification, des politiques et de la recherche, et constituent une partie intégrante et importante des systèmes d'information de gestion. Voici quelques-uns des domaines où l'on a besoin de cartes d'habitats.
¾ Protection de l'environnement marin – Elle est généralement favorisée par l'information provenant de cartes écologiques, qui permettent aux utilisateurs et aux gestionnaires de mieux comprendre la nature et la répartition des habitats benthiques.
Ces cartes sont d'autant plus importantes que les vastes zones marines à gérer et à protéger sont en grande partie hors de portée de la vue.
¾ Conseils à l'industrie en matière de planification stratégique – La disponibilité de
cartes d'habitats permet de donner des conseils à l'industrie en tenant compte de la répartition et de l'étendue de certains habitats. En particulier, on doit pouvoir évaluer si des installations industrielles précises risquent d'avoir des impacts disproportionnés sur certains types d'habitat et donner des conseils en conséquence.
¾ Planification de l'espace marin – Grâce à la disponibilité de cartes d'habitats marins, les nouveaux efforts de planification de l'espace marin pourraient bénéficier d'une meilleure information et adopter une approche de gestion fondée sur les écosystèmes.
L'utilisation de cartes d'habitats à échelle globale convient à une telle planification à l'échelon régional, alors que des cartes à échelle fine procurent des avantages semblables à l'échelon local.
¾ Aires marines protégées (AMP) – Les AMP jouent un rôle important dans une approche globale équilibrée de la gestion de l'environnement marin, tant pour la préservation d’entités précises que pour offrir de manière générale un refuge pour la biodiversité. Ainsi, les AMP peuvent fournir des zones de référence pour l'évaluation du reste de l'environnement marin (p. ex. les évaluations imposées par la directivecadre 2000/60/CE dans le domaine de l’eau). Dans ce dernier cas, il est important d'identifier des AMP représentatives de l'ensemble des caractères écologiques d'une région, et la disponibilité de cartes facilite la sélection et la délimitation optimale de tels
AMP ; cela contribuera à satisfaire aux obligations dictées par la Convention OSPAR, qui impose l'identification d'un réseau d'AMP d'ici 2010.
¾ Programmes de suivi et de surveillance – Pour bien évaluer l'état de l'environnement marin, il faut mettre sur pied des programmes d'échantillonnage qui couvrent toute la gamme des caractéristiques écologiques avec une bonne répartition géographique des
stations d’échantillonnage. La disponibilité d'un ensemble de cartes d'écologie devrait permettre de répartir les stations d’échantillonnage d'une manière plus pertinente sur le plan
écologique pour les programmes nationaux de surveillance.
¾ Directives européennes – La mise en œuvre de la directive 92/43/CEE concernant les habitats naturels, de la directive-cadre 2000/60/CE dans le domaine de l’eau et de la proposition de directive Stratégie marine devrait être fondée sur des bases plus solides grâce à la disponibilité de cartes d'habitats marins. On s'attend à ce que cette dernière directive exige une caractérisation de l'environnement marin, y compris une description des principaux types d'habitat et de ses caractéristiques physiques et hydromorphologiques.
1.2.2 - Principaux énoncés de politiques
Voici les exigences spécifiques résultant d'importantes politiques internationales en matière d'information cartographique sur les habitats :
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 21
– directive 92/43 de la CE concernant les habitats naturels. De nombreux pays européens doivent identifier des aires spéciales de conservation en mer, d'où le besoin de nouveaux levés cartographiques pour aider à l'identification de sites appropriés ;
– directive 92/43 de la CE concernant les habitats naturels. Les États membres doivent rendre compte à la CE de l'état des entités énumérées dans la directive
(évaluation d’un état de conservation favorable). Dans le cas des habitats marins, l'évaluation doit reposer sur les données disponibles à propos de la répartition et de l'étendue des habitats marins énumérés à l'Annexe I ;
– convention OSPAR. Les parties à la convention doivent identifier des sites en vue de l'objectif d'OSPAR de disposer d'un réseau écologiquement cohérent d'AMP bien gérés d'ici 2010. Il faudra donc beaucoup d'information sur la répartition des habitats, afin de pouvoir sélectionner et délimiter un ensemble représentatif d'AMP ;
– évaluations du JAMP
1
dans le cadre de la Convention OSPAR. Ce programme commande une évaluation des espèces et des habitats retenus, d'ici 2009 puis périodiquement par la suite. Des données sur la répartition et l'étendue de chacun des
habitats retenus devront être fournies dans le cadre de ce programme ;
– proposition de directive Stratégie marine de la CE. Cette directive est actuellement en phase finale de rédaction. On s'attend à ce qu'elle exige d'ici 2011 environ une
évaluation initiale de l'état de l'environnement marin. Il faudra notamment fournir de l'information sur la gamme d'habitats présents dans chaque État membre, ainsi que des détails supplémentaires et des cartes pour les habitats importants du point de vue de la conservation.
1.2.3 - Autres utilisations des cartes d'habitats
Les cartes d'habitats sont largement utilisées au-delà du seul respect des obligations juridiques nationales ou internationales. Voici quelques exemples d'autres utilisations des
cartes d'habitats.
1.2.3.1 - Levés de base
On appelle levé de base un levé qui vise à décrire la gamme des habitats présents dans une région, normalement en vue d'établir une norme qui pourra servir de base de comparaison pour des levés futurs. Les levés de base peuvent soutenir :
– l'établissement d'un inventaire et l'évaluation des proportions de différents habitats :
Les levés fondés sur des cartes contribuent à dresser un inventaire équilibré des principaux habitats (c’est-à-dire les plus représentatifs) d'une région. De plus, une comparaison de l'étendue géographique des différents habitats est valable en soi comme moyen d'évaluation de l'importance relative de chaque habitat quant à son
étendue. Les statistiques sur l'étendue des habitats peuvent servir à quantifier le caractère commun ou rare d'un habitat à l'échelon régional, national et international ;
– les mesures de conservation dans de grandes étendues maritimes : Des levés rapides et à faible résolution permettent de couvrir de vastes territoires, et donc de décrire et de délimiter des zones dont les habitats benthiques sont importants du point de vue de la conservation ou qui doivent faire l'objet d'une gestion particulière. Cela est particulièrement utile en milieu marin, où des activités dans une zone peuvent avoir des effets majeurs sur des sites voisins. Une information à l'échelle globale est nécessaire afin de définir et de justifier des zones pour diverses activités non seulement dans les sites ayant une importance particulière du point de vue de la conservation, mais aussi dans les régions plus vastes auxquelles ils appartiennent ;
1
Joint Assessment and Monitoring Programme
22 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
– la description écologique de régions : Les cartes d'habitats à échelle globale montrent les schémas généraux de répartition des habitats et de leurs biocénoses dans une région. Cette information est essentielle afin d’avoir la vue d'ensemble nécessaire pour expliquer l'importance de structures inhabituelles, les variations de caractéristiques précises de certains habitats (p. ex. des espèces rares) ou la concentration d’entités dignes d'intérêt dans certaines parties de la région étudiée. Même si une carte est essentiellement un « instantané », elle peut aider à comprendre des processus dynamiques et leurs implications sur le plan spatial. L'homogénéité ou l’hétérogénéité des habitats et les liens entre eux sont des éléments écologiques importants que l'on peut évaluer à partir de cartes d'habitats.
1.2.3.2 - Ingrédients d'un système intégré de gestion de données
Il est difficile de comprendre ou d'expliquer une structure géographique lorsque l'on ne dispose d'aucun canevas de référence pour situer les données de terrain. Les cartes d'habitats offrent un contexte précieux, car elles procurent une vue unifiée des structures physiques et biologiques. Les cartes d'habitats sont souvent utilisées dans les systèmes de gestion de données comme :
– cartes de base pour la représentation d'autres données sur les habitats. Les cartes permettent de situer dans leur contexte les données détaillées disponibles sur les
habitats, dont plusieurs sont des données ponctuelles acquises sur le terrain. On apprécie davantage à sa juste valeur l'importance de ces données si l’on peut faire une estimation de leur étendue spatiale probable à partir de cartes d'habitats à échelle
globale. On arrive à mieux évaluer et quantifier les conséquences des études portant sur un type d'habitat ou sur une espèce si l'étendue et la répartition des habitats est connue ;
– contexte pour les modèles d'utilisation de la mer et des fonds marins: La position des
habitats par rapport aux structures de propriété et d'utilisation des sols a des conséquences en matière de gestion. Dans ce contexte, les cartes constituent un bon moyen de résumer les interactions entre divers types d'information ;
– cartes de base pour des interrogations sur d'autres données. L'un des outils les plus polyvalents de recherche et d'utilisation des données résultant de différents levés est probablement l'interrogation géographique. Si des données sont géoréférencées (c.-àd., associées à un lieu géographique), on peut faire des interrogations sur ces données
à partir de leur position. Les cartes, en particulier dans un SIG (système d’information
géographique) relié à des bases de données ou à des tableurs sous forme
électronique, constituent une interface naturelle d'interrogation géographique et de présentation des résultats. Cela est particulièrement utile dans le domaine subtidal, où différents ensembles de données peuvent servir à l'interprétation d'une image acoustique.
1.2.3.3 - Formulation d'hypothèses et planification de levés
Bien que l'on considère normalement une carte comme un moyen de présentation de résultats, on peut aussi l'utiliser comme base de planification de recherches à venir. En voici des exemples :
– élaboration d'hypothèses pour des recherches scientifiques : Les cartes fondées sur des données de télédétection prédisent
la répartition des habitats ou des biocénoses.
Ces prédictions doivent être fondées sur des « règles » (ou hypothèses) que l'on peut tester et modifier. Utilisées comme outils de prédiction, les cartes aident à mieux connaître les processus qui régissent la composition et expliquent la répartition géographique des habitats benthiques ;
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 23
– planification de levés plus détaillés : La planification de levés à partir de connaissances préalables d'une région constitue une extension très importante de l'utilisation des
cartes d'habitats. Les cartes à échelle globale peuvent servir à planifier des levés plus détaillés en assurant une couverture adéquate et équilibrée de la gamme d'habitats.
De la même manière, les cartes de base résultant de levés effectués par télédétection servent à planifier des campagnes d'échantillonnage qui permettront de valider sur le terrain les données de télédétection. L'utilisation de cartes pour cette planification favorise une utilisation optimale des ressources affectées aux levés détaillés.
1.2.3.4 - Cartographie des évolutions et suivi de l'efficacité de gestion
Les cartes d'habitats jouent un rôle important lorsqu'il s'agit d'évaluer l'ampleur spatiale des effets nocifs de l'activité humaine sur l'environnement marin ainsi que l'efficacité des mesures de gestion qui visent à contrôler cette activité. Les cartes d'habitats peuvent se révéler utiles pour :
– la mise sur pied de programmes de surveillance ou de suivi . Les cartes d'habitats à
échelle globale sont utiles pour la mise sur pied de programmes pertinents de
surveillance ou de suivi. Il peut être nécessaire de choisir un nombre limité de sites qui feront l'objet d’échantillonnages détaillés à intervalles réguliers (p. ex. pour faire le suivi de la population d'espèces d’intérêt particulier, de la diversité générale des espèces, de la biomasse et de la productivité). Ces sites doivent être choisis de telle sorte que les données ne soient pas sensibles aux petites fluctuations des frontières d’habitats ou à un positionnement imprécis. Autrement dit, les cartes d'habitats peuvent indiquer où se trouvent les grandes zones homogènes convenant à des stations de
surveillance. La surveillance peut également exiger la répétition de profils. Là encore, les cartes d'habitats permettent de choisir les endroits appropriés ;
– les levés à distance servant d'outils de surveillance ou de suiv. On pourrait utiliser des techniques de levés à échelle globale en conjonction avec d'autres techniques de levés plus détaillées pour détecter des modifications importantes dans la répartition des habitats. La détection de tels changements pourrait donner lieu à des levés plus ciblés et détaillés.
1.3 - Qu'est-ce qu'un habitat ?
Au départ, le terme habitat
est défini comme le lieu où vit un animal ou une plante (c.-à-d. une seule espèce). Cette notion peut toutefois être étendue pour inclure plusieurs espèces (formant une « communauté »
ou une « biocénose »). Dans M
ESH
, le terme
habitat englobe les paramètres physiques et environnementaux qui soutiennent une
biocénose donnée, ainsi que la biocénose elle-même. Ainsi, un herbier de phanérogames marines sur fond sableux en eau peu profonde est considéré comme un habitat différent d'un récif rocheux où vivent des Laminaires et d'autres algues. De la même manière, on peut subdiviser davantage les habitats de sorte que l'on distingue sur un récif rocheux les
habitats où vivent des forêts de Laminaires et ceux où vivent des algues filamenteuses et foliacées. La figure suivante montre des exemples d'habitats.
24 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Un habitat est défini par une biocénose et par la structure physique qui l’héberge, par exemple littoral rocheux avec des algues, herbier de phanérogames marines sur fond sableux, récifs rocheux profonds et plumes de mer sur fond vaseux.
Dans la nature, les paramètres physiques, environnementaux et biologiques
(température, salinité, profondeur, répartition géographique des espèces) changent progressivement d'un endroit à l'autre, et il y a peu de frontières nettes ou de discontinuités. Il est extrêmement difficile de visualiser et de décrire un habitat sans introduire de subdivisions claires de ces principaux paramètres. Pour simplifier, prenons un exemple où les habitats ne sont définis que par deux paramètres physiques, dont chacun est subdivisé en trois. Il y a neuf combinaisons possibles des deux paramètres physiques réunis (voir le schéma ci-après). Ces combinaisons sont des classes.
L'environnement marin comporte de nombreux paramètres physiques et un grand nombre d'organismes, de sorte que le processus de classification est plus complexe et donne un bien plus grand nombre d'habitats.
On définit des classes d'habitat en traçant des frontières claires sur des variables continues.
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 25
Une typologie des habitats vise à définir les habitats d'une façon cohérente, de sorte que des données semblables soient constamment associées à des types d'habitat précis, afin que l'on puisse comparer ces données entre régions géographiques ou d'une époque
à une autre. Une typologie des habitats est conçue de manière à ce que l’affectation des types d'habitat soit faite de façon constante par des personnes différentes, peu importe la région géographique. Il existe plusieurs typologies des habitats parce que la subdivision de l'environnement correspond à des besoins différents des utilisateurs. Les typologies sont souvent hiérarchiques : des habitats définis globalement sont subdivisés en unités de plus en plus fines, afin de répondre aux besoins d'utilisateurs qui requièrent des niveaux de détail différents. À titre d'exemple, un habitat de Laminaires peut d'abord être subdivisé en forêt de Laminaires (plantes densément regroupées) et prairie de Laminaires (plantes
éparpillées), puis être subdivisé davantage en fonction de diverses espèces de
Laminaires ainsi que des plantes et animaux qui leur sont associés (voir la figure ciaprès).
Exemple de typologie hiérarchique des habitats benthiques, développée pour montrer en détail les
habitats
de Laminaires
Les cartes
d'habitats ont une signification particulière dans le contexte du projet M
ESH
: les cartes d'habitats benthiques montrent une prédiction de l'étendue géographique et des frontières des classes d'habitat. Les cartes d'habitats montrent la taille et la forme des
habitats ainsi que les liens entre eux et la manière dont ils s’emboîtent. L'homogénéité ou l’hétérogénéité des habitats et les liens entre eux sont des éléments écologiques importants que l'on peut évaluer à partir de cartes d'habitats. La figure ci-après donne un exemple de carte d’habitats.
26 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Une carte d’habitats comme celle-ci (côte sud de la Bretagne) montre la répartition des classes d'habitat.
Dans le contexte de levés et de cartographie du Guide M
ESH
, le terme habitat désigne à la fois le milieu physique et la biocénose correspondante. Par conséquent, la cartographie des habitats englobe des structures écologiques pertinentes et va au-delà de la
cartographie des caractéristiques purement physiques (p. ex. les sédiments benthiques), même si ces derniers permettent souvent de déduire beaucoup de choses à propos des
habitats. Il est important de souligner que :
Une carte des habitats est une représentation de notre meilleure estimation de la répartition des habitats à un moment donné, compte tenu des connaissances disponibles à ce moment.
L’étape la plus importante au début du processus de cartographie des habitats consiste à définir clairement le type d'habitat à cartographier ; les décisions cruciales qui en découlent portent sur le territoire à cartographier et le niveau de détail à représenter sur la
carte finale.
1.3.1 - Définition d'un habitat
Charles Darwin (1859) a défini un habitat comme le lieu où une plante ou un animal vit naturellement. Cette définition classique est toujours valable aujourd'hui et se rapporte essentiellement au milieu dans lequel vit une espèce donnée. Cependant, pour les fins de la cartographie des habitats, on étend généralement le concept pour définir un habitat comme le lieu où plusieurs espèces vivent ensemble dans des conditions environnementales semblables, de telle sorte que l'on peut distinguer un habitat des
habitats voisins sur la base des espèces présentes et de ses caractéristiques physiques
(p. ex. type de fond marin, courants de marée, salinité, etc.). Dans ce contexte, on considère souvent que les espèces sont associées dans une biocénose, et la combinaison des espèces et de leur environnement s'appelle un habitat. Sur terre, on peut ainsi distinguer une forêt d'une prairie ou d'herbages, et les représenter sur une carte sur la base de leurs différentes caractéristiques physiques et biologiques. Ce concept s'applique également au milieu marin et conduit à la description et à la représentation
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 27 cartographique d'habitats tels que des vasières, des forêts de Laminaires et des herbiers de phanérogames marines.
Cette acception multi-espèce du terme habitat constitue le fondement de la cartographie des habitats marins et est au cœur de ce Guide M
ESH
. La cartographie des habitats pour une seule espèce (selon le concept original de Darwin) est souvent utile dans le cas d'espèces de grande taille et mobiles, telles que des Poissons et des Mammifères, qui peuvent occuper une grande variété de milieux ; ce type de cartographie n'est pas abordé dans ce Guide.
On peut également définir des habitats pour la colonne d'eau ou milieu pélagique, mais la représentation de leur répartition géographique est plus difficile étant donné que toute
carte doit alors inclure une troisième dimension, celle de la profondeur. Le projet M
ESH
n'a porté que sur la cartographie du fond de la mer, et ces habitats pélagiques ne sont pas abordés dans ce Guide M
ESH
.
Malheureusement, le terme habitat est couramment employé dans un sens général et avec une définition beaucoup plus large dans de nombreux cercles scientifiques, de même que dans les domaines juridique, politique et de la gestion. Par exemple, la
Convention OSPAR définit une liste d'habitats rares, menacés ou en déclin qui englobe des structures telles que des « monts sous-marins », qui sont apparentés à une structure physique bien davantage qu'à un habitat au sens précis tel qu'on l'entend dans le Guide
M
ESH
.
Les partenaires du projet M
ESH
et donc le présent Guide M
ESH
ont adopté le terme
habitat couramment employé, qui inclut à la fois les caractéristiques physiques et biologiques d'une zone du fond marin.
1.3.1.1 - Le concept d’écotope – une relation entre les espèces et leur milieu
Au sens strict, le terme habitat désigne le milieu dans lequel des espèces vivent. Dans le monde marin, un habitat benthique peut être décrit par son substrat (rochers, sédiments ou récifs d'origine biologique, p. ex. formés par des moules), sa topographie et ses conditions particulières d'exposition aux vagues, sa salinité, ses courants de marée et diverses caractéristiques de qualité de l'eau (p. ex. turbidité, teneur en oxygène, nutriments), qui contribuent à la nature des lieux sur le littoral ou au fond de la mer
(Connor et al., 2004).
Des types de biotope différents hébergent différentes espèces. Bien que chaque espèce ait ses propres besoins écologiques, autrement dit sa propre niche, on observe souvent qu'un ensemble d'espèces sont constamment présentes en même temps dans un type donné d'habitat, à cause de leur préférence pour des conditions environnementales semblables. À titre d'exemple, une vasière intertidale d'un estuaire héberge typiquement un ensemble de vers Polychètes et de Mollusques bivalves, alors qu'un habitat rocheux subtidal de petit fond héberge une forêt de Laminaires avec les autres algues et les
Invertébrés qui lui sont associés. De telles combinaisons d'espèces que l'on retrouve dans des milieux semblables portent le nom de communauté ou biocénose.
Même si les caractéristiques d'une biocénose (composition et densité relative des espèces) sont influencées par des interactions biologiques (p. ex. prédation, processus de recrutement) et par l'interférence de certaines activités humaines, elles sont très fortement déterminées par la nature des conditions abiotiques ambiantes. Certaines espèces ne peuvent vivre que dans la vase et non dans le sable, le gravier ou sur un rocher, en raison de leur morphologie ou de leur mode d'alimentation ; d'autres, pour des raisons physiologiques, ont besoin d'une eau constamment salée et ne tolèrent pas les variations de salinité des estuaires. Le terme écotope rend compte de cette relation constante entre
éléments biotiques et abiotiques d'un milieu : un écotope peut se définir comme la combinaison d'un biotope et de la biocénose correspondante.
28 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Dans le contexte de levés et de cartographie du Guide M
ESH
, le terme habitat désigne à la fois le milieu physique et la biocénose correspondante, et est donc synonyme de
écotope. Par conséquent, la cartographie des habitats englobe des caractéristiques
écologiques pertinentes et va au-delà de la cartographie des caractéristiques purement physiques (p. ex. les sédiments benthiques), même si ces dernières permettent souvent de déduire beaucoup de choses à propos des habitats.
1.3.1.2 - Termes scientifiques connexes
Au cours des années, des scientifiques ont adopté un certain nombre de termes, tels que
écotope, physiotope, association, biocénose et assemblage, pour décrire divers aspects des habitats et des communautés. Certains de ces termes ont un sens très précis.
D'autres, qui ont des significations semblables, coexistent pour des raisons d'usage ou à cause de leur région d'origine. Voir à ce sujet l'article de Olenin & Ducrotoy (2006).
D'autre part, le rapport de 2006 du groupe de travail du CIEM sur la cartographie des
habitats
aborde en détail la définition du terme habitat.
1.3.1.3 - Utilisation du terme habitat dans les domaines juridique et politique
Dans les domaines juridique et politique, le terme habitat inclut le plus souvent les composantes abiotique et biologique, et il correspond donc au concept d’écotope. Des documents de politiques internationaux en matière d'environnement, dont l’ Annexe I de la directive 92/43 de la CE concernant les habitats naturels , les conventions OSPAR et
HELCOM , ainsi que des documents nationaux tels que le UK Biodiversity Action Plan , comprennent les listes de types d'habitat qui requièrent des mesures spécifiques de conservation et de gestion. Le terme habitat dans ce contexte englobe en général les
communautés d'espèces et leur milieu physique, et correspond donc à son acception la plus répandue.
1.3.2 - Pourquoi a-t-on besoin de classifier les habitats ?
Deux raisons principales motivent l'utilisation de classes d'habitat :
– premièrement, elles constituent un moyen de réduire la complexité du monde naturel afin de le rendre plus compréhensible. Des données multivariées (espèces multiples et variables environnementales) sont synthétisées dans un nombre raisonnable de
classes qui contiennent l'information biologique pertinente. Une bonne typologie aide à interpréter ces données de manière à produire de l'information et à enrichir notre connaissance de l'environnement ;
– deuxièmement, les classes permettent de comparer des choses semblables. Par exemple, lorsque l'on classe des bouteilles de verre par leur couleur pour les recycler, il est facile ensuite de déposer des bouteilles dans le conteneur approprié en les comparant avec les « classes » ainsi définies. Dans le domaine des habitats marins, il n'est probablement pas très utile de comparer la diversité des espèces d'une forêt de
Laminaires et d'une plaine sableuse, mais la comparaison de la richesse relative d'une forêt de Laminaires dans un milieu touché par l'activité humaine et dans un milieu vierge peut être utile à des fins de gestion environnementale.
En général, les types d'habitat sont organisés en une typologie, souvent hiérarchique, que l'on peut définir comme un système structuré de types d'habitat (les classes) clairement définis et qui se répètent en différents lieux géographiques.
La classification d'échantillons en types d'habitat peut faire partie de l'analyse des données acquises au cours d'une seule étude, et la typologie correspondante n'être pertinente que dans le cadre de cette étude. Ou encore, les données peuvent être classées selon une typologie existante qui permet d'inscrire une répartition locale des
habitats dans un contexte géographique plus large en faisant une comparaison avec
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 29 d'autres cartes. Dans la pratique, ces deux approches ne sont pas mutuellement
exclusives puisque les typologies nationales et internationales sont issues de données de terrain acquises à l'échelon local et doivent être suffisamment souples pour incorporer de nouvelles données. Historiquement, la méthode implicite consistait à définir une nouvelle
typologie locale à partir des données géographiquement limitées d'une seule étude. Cette façon de faire est de moins en moins appropriée, et ce pour un certain nombre de raisons :
– les classes cartographiées risquent de ne pas être pertinentes pour une description plus large des écosystèmes ;
– les cartes qui en résultent ne sont pas compatibles avec celles d'autres études, notamment si les classes sont déduites des données de manières très différentes ;
– il n’est pas possible de combiner les données dérivées (cartes) obtenues avec d'autres jeux de données pour produire des cartes de territoires plus grands sans devoir traduire les typologies locales en un système commun ;
– les données déduites ne permettent pas d'évaluer l'importance relative d'un habitat local dans un contexte international, national ou régional, ce qui rend l'étude moins valable pour un ensemble élargi de scientifiques et de gestionnaires ; dans lequel peuvent s'inscrire les résultats d'une étude particulière, ainsi qu'une norme au regard de laquelle les données sont interprétées. Elle permet de comparer des
habitats semblables dans un territoire étendu. Les utilisateurs demandent de plus en plus une telle interprétation normalisée des données, car ils veulent connaître la pertinence des données cartographiées au cours d'une étude locale, dans un contexte régional, national ou international élargi.
La normalisation des données cartographiques existantes sur les habitats dans une même typologie et l'élaboration de lignes directrices pour promouvoir une interprétation davantage normalisée de nouvelles données ont constitué deux objectifs importants du projet M
ESH
.
1.3.3 - Qu'est-ce qu'une typologie des habitats ?
On peut définir une typologie des habitats comme un système structuré, souvent hiérarchique, de types d'habitat (les classes) clairement définis et qui se répètent en différents lieux géographiques. Une bonne compréhension de l'organisation d'une
typologie est un préalable à toute utilisation de cette typologie en cartographie. Il existe dans le monde de nombreuses typologies des habitats marins. Beaucoup d'entre elles ont une structure hiérarchique, mais d'autres fournissent plutôt une liste structurée de caractéristiques des habitats. Dans une typologie hiérarchique, les classes d'habitat sont décrites à divers niveaux de détail et sont imbriquées de telle sorte qu'un grand nombre d'habitats définis de manière détaillée soient inclus dans un nombre plus restreint de
classes plus générales. Les habitats détaillés (aux plus bas niveaux de la hiérarchie) qui sont regroupés dans une même classe de niveau supérieur sont plus semblables entre eux que des habitats appartenant à des classes de niveau supérieur différentes.
Une typologie globale doit être bien gérée afin que les classes soient pertinentes tout en
évitant une prolifération inutile de classes. Le principe directeur est qu'une classe doit exister dans des conditions environnementales semblables dans d'autres régions géographiques pour justifier son inclusion dans une typologie.
Comme les typologies évoluent et se développent, on observe une tendance à publier périodiquement de nouvelles versions, qui peuvent différer sensiblement des précédentes
(en particulier au cours de la phase d'élaboration d'une typologie). Par conséquent, les analyses d'échantillons ou les cartes réalisées à l'aide de versions différentes d'une
30 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? même typologie risquent d'être plus ou moins incompatibles ou d'exiger une traduction particulière. Tous les intervenants d'un programme de cartographie doivent être au courant des développements de la typologie. Etonnamment, cet aspect est assez souvent négligé, en particulier lorsqu'un programme fait intervenir plusieurs contractants.
1.3.4 - Quelles typologies sont disponibles ?
En Europe, il y a une typologie paneuropéenne unique et un certain nombre de typologies
« nationales » et « locales » des habitats, qui englobent les habitats marins. Ces
typologies sont brièvement présentées ci-après. Elles visent à favoriser une interprétation constante des données sur les habitats, dans un contexte de conservation de la nature, afin de mieux prioriser les actions de conservation et de soutenir la gestion des aires protégées.
L'Agence européenne pour l'environnement (AEE) a élaboré une typologie des habitats pour son système E
UNIS
(EUropean Nature Information System – Système européen
d’information sur la nature) de gestion de l'information sur les espèces, les sites et les
habitats. La typologie E
UNIS
des habitats est une typologie paneuropéenne des habitats terrestres et aquatiques mise au point pour l'AEE par le Centre thématique européen sur la diversité biologique (CTE/DB). La version la plus récente de cette typologie est accessible dans le site Web d'E
UNIS
.
E
UNIS
est la seule typologie couvrant toutes les eaux européennes et a donc été adoptée par les partenaires du projet M
ESH
comme norme de présentation de toutes les données de cartographie des habitats. Ainsi, les données issues du projet M
ESH
sont présentées selon une typologie européenne commune, et E
UNIS
est mis à l’épreuve de façon exhaustive comme outil pour la cartographie des habitats marins. Cependant, E
UNIS
est encore en cours de développement (le JNCC est responsable de son développement pour l'Atlantique nord-est et la mer Baltique). Son utilisation dans le cadre du projet M
ESH constitue une occasion de la mettre à l'épreuve et, le cas échéant, de recommander des modifications à cette typologie afin d'assurer sa commodité d'utilisation dans l'Europe du nord-ouest. La typologie E
UNIS
des habitats est hiérarchique. Elle comporte six niveaux, et la distinction entre les habitats marins est en grande partie fondée sur les notions d’étage ou zone biologique (littorale, infralittorale, circalittorale, etc.), de type de substrat, d'énergie hydrodynamique (exposition aux vagues, force des marées), de variables environnementales (p. ex. salinité) et d'espèces caractéristiques. Un aperçu plus détaillé de la structure hiérarchique de la typologie E
UNIS
est présenté au paragraphe 1.3.4.1.
Avant l'expansion à l'environnement marin de la typologie E
UNIS
des habitats, un certain nombre de pays ont élaboré leur propre typologie marine nationale. Au Royaume-Uni, le
JNCC a mis au point la Marine Habitat Classification for Britain and Ireland (Connor et al.,
2004) ; la France a créé la typologie Z
NIEFF
-M
ER
(Dauvin et al., 1994) ; aux Pays-Bas,
Bouma et al. (2004) ont élaboré une typologie des écotopes des eaux littorales des Pays-
Bas, publiée en anglais sous le titre Dutch Ecotope System for Coastal Waters, où le terme écotope est analogue au terme habitat comme on l'entend dans le projet M
ESH
.
Ces typologies sont décrites au paragraphe 1.3.4.2 « Typologies nationales ».
De nombreuses typologies ont résulté de l'analyse d'observations sur le terrain ou d'échantillons de biocénose prélevés à distance (à la benne, par carottage ou par dragage), enrichis de données sur les conditions physiques du milieu. L'information spatiale sur ces facteurs qui définissent les habitats est souvent non disponible, ou les outils standard de télédétection ne permettent pas d'enregistrer ces facteurs (voir la section 1.6 « Quelles sont les limites de la cartographie des habitats ? »). C'est pourquoi d'autres typologies plus étroitement liées à la cartographie des habitats ont été mises au point. À titre d'exemple, la typologie des « formes de vie » (Life form classification)
élaborée au Royaume-Uni est fondée sur l’apparence générale de l'espèce dominante et sur la nature du fond de la mer (Bunker & Foster-Smith 1996) ; le fichier Lifeform
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 31
classification for mapping.doc
donne plus de renseignements sur cette typologie des formes de vie. Celle-ci a été utilisée pour la cartographie des habitats intertidaux autour du Pays de Galles (Wyn et al., 2006), ainsi que des habitats subtidaux dans les zones candidates au statut d'aires spéciales de conservation (voir le
site Web du projet d'aires marines spéciales de conservation et le site Web du Marine Monitoring Handbook
).
La typologie est beaucoup moins avancée dans le domaine des paysages marins que dans celui des habitats. Dans le cas des eaux du Royaume-Uni, une typologie des paysages marins est maintenant disponible (Connor et al., 2006) et continue d'être
élaborée dans d'autres pays qui participent au projet M
ESH
. La notion de paysage marin est équivalente à celle de « complexe d'habitats » d'E
UNIS
. À l'heure actuelle, très peu de complexes d'habitats sont définis dans E
UNIS
.
1.3.4.1 - La typologie E
UNIS
des habitats marins
L’Agence européenne pour l'environnement (AEE) a élaboré une typologie des habitats pour son système E
UNIS
(EUropean Nature Information System - Système européen
d’information sur la nature) de gestion de l'information sur les espèces, les sites et les
habitats. La version la plus récente de cette typologie est accessible dans le site Web d'E
UNIS
. Il s'agit d'une typologie paneuropéenne des habitats terrestres et aquatiques mise au point pour l'AEE par le Centre thématique européen sur la diversité biologique
(CTE/DB).
La partie de la typologie Eunis qui porte sur les habitats marins est accessible en ligne.
Elle comporte six niveaux hiérarchiques. L'exemple donné ci-dessous est conçu pour aider à comprendre la structure de cette typologie. Le site Web d'E
UNIS
donne tous les détails. Les notes officielles qui accompagnent la version 2004 de la typologie E
UNIS
(y compris des schémas utiles et un glossaire) sont incluses dans le fichier
E
UNIS
_Habitat_Classification_Revised_2004.pdf
accessible dans le dossier des documents.
Au premier niveau de la hiérarchie, la typologie distingue les habitats marins (identifiés par la lettre « A ») des habitats des bords de mer et terrestres. Les niveaux suivants donnent des subdivisions supplémentaires à l'aide d'un système de numérotation (voir la figure ci-après).
Illustration de la typologie hiérarchique E
UNIS
montrant l'indication des niveaux à l'aide de codes alphanumériques (3 niveaux sur 6 illustrés)
De manière générale, le niveau 2 de la hiérarchie fait appel à la zone biologique (étage) et
à la présence ou l’absence de rochers comme critères de classification, de sorte que A1
32 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? représente les rochers de la zone littorale et autres substrats durs, alors que A5 représente les sédiments sublittoraux (voir l'illustration). Le niveau 3 introduit l'énergie hydrodynamique dans la typologie des substrats durs, et les types de sédiment dans la
typologie des substrats plus meubles. Par exemple, A1.1 désigne les rochers littoraux à haute énergie, et A5.4 les sédiments mixtes sublittoraux.
Jusqu'à ce niveau, la typologie est entièrement fondée sur des caractéristiques physiques et sur la notion de zone biologique. Des taxons précis sont cités pour la première fois au niveau 4, où les principaux taxons de l'épifaune servent à distinguer les habitats rocheux.
Par contre, pour les substrats meubles, les distinctions sont parfois encore fondées sur des caractéristiques physiques et les zones biologiques. Par exemple, A1.11 désigne les
communautés de Mytilus edulis ou de balanes, alors que A5.44 désigne des sédiments mixtes circalittoraux.
Au niveau 5, les distinctions sont fondées sur des caractéristiques physiques et biologiques des habitats. Dans les substrats meubles, certaines classes sont surtout définies par l'endofaune et d'autres par l'épifaune, souvent avec la mention de noms d'espèces. Par exemple, A1.112 représente les espèces du genre Chthamalus présentes sur la partie supérieure des rochers eulittoraux en mode exposé, alors que A5.441 représente Cerianthus lloydii et d'autres anémones fouisseuses présentes dans les sédiments mixtes vaseux circalittoraux.
Le niveau 6, le plus précis de la typologie E
UNIS
, décrit souvent des variations notables de la structure de la biocénose des habitats de niveau 5. Par exemple, A1.1121 correspond à la présence de Chthamalus montagui et de Chthamalus stellatus, alors que A1.1122 indique la présence de Chthamalus montagui et de Lichina pygmaea. Les divers taxons caractéristiques sont associés à des propriétés environnementales différentes de l'habitat.
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 33
Saisie d'écran du site Web d'E
UNIS
montrant une partie de la hiérarchie de la typologie E
UNIS
des
habitats
marins (à noter que plusieurs classes de haut niveau ont été développées pour illustrer les unités plus fines.)
Chaque élément de l'arbre hiérarchique est relié à une base de données qui fournit une fiche standard d'information contenant une description détaillée de l'habitat, une liste annotée des espèces caractéristiques et un tableau d'autres caractéristiques pertinentes de l'habitat (p. ex. zone biologique, type de substrat, etc.). Les trois saisies d'écran ciaprès illustrent un exemple de fiche d'information d'un habitat. Chaque fiche d'information est téléchargeable sous forme de fichier (au format .pdf) ; un exemple de tel fichier peut l’être à partir du dossier des documents : A1_112 Habitat Factsheet.pdf
. Une grande partie des données des fiches d'information provient de la typologie des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande (Connor et al., 2004).
34 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 35
36 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Saisies d'écran du site Web d'E
UNIS
montrant la fiche d'information de l'habitat A1.112 : Chthamalus spp. de la partie supérieure des rochers eulittoraux en mode exposé
D'autres renseignements sur la typologie E
UNIS
des habitats ainsi que des exemples sont donnés dans les fichiers suivants, que l'on peut également télédécharger : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM1_E
UNIS
_application.pdf
http://www.searchmesh.net/default.aspx?page=1807
1.3.4.2 - Typologies nationales
L'une des typologies « nationales » les plus complètes est la typologie des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande , publiée en anglais sous le titre Marine Habitat
Classification for Britain and Ireland
(Connor et al., 2004), qui ressemble étroitement à la
typologie E
UNIS
puisqu'elle fait appel aux mêmes critères de distinction entre habitats, mais avec une nomenclature et des codes de classification différents. Voici les six niveaux hiérarchiques de cette typologie :
Niveau 1 Environnement (marin)
Niveau 2 Types généraux d’habitats
Niveau 3 Complexes d’habitats
Niveau 4 Complexes de « biotopes »
Niveau 5 « Biotopes »
Niveau 6 « Sous-biotopes »
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 37
Cette typologie a été révisée en 2004. Elle repose principalement sur l'analyse de programme de levés de grande envergure.
Le fichier MNCR_04_05_introduction.pdf
contient des notes introductives détaillées. La
typologie révisée a récemment été utilisée pour enrichir la partie marine de la typologie
E
UNIS
.
Le fichier E
UNIS
habitats correlation table.pdf
contient une table de correspondance entre la typologie des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande et d'autres typologies
(dont E
UNIS
, l'Annexe I de la directive 92/43 de la CE concernant les habitats naturels,
OSPAR et le plan d'action du Royaume-Uni en matière de biodiversité). Dans le domaine de la cartographie des habitats, la typologie des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande a été utilisée entre autres dans de nombreuses études d'aires spéciales de conservation (voir des exemples à l'adresse www.searchMesh.net/metadata ) ainsi que dans d'importants levés intertidaux de la côte du Pays de Galles (Brazier et al., 2006).
38 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 39
Aux Pays-Bas, Bouma et al. (2004) ont élaboré une typologie
des écotopes des eaux
littorales des Pays-Bas, publiée en anglais sous le titre Dutch Ecotope System for
Coastal Waters, où le terme écotope est analogue au terme habitat comme on l'entend dans le projet M
ESH
. Les auteurs décrivent cette typologie comme :
« un outil permettant de cartographier, de prédire et de comparer avec une situation précédente la présence possible d'habitats au fond des eaux nationales saumâtres et salines. Par l'intermédiaire de plusieurs processus, les paramètres physiques du milieu déterminent la présence d'habitats et de leurs communautés
écologiques. À partir des principaux paramètres et processus physiques du milieu, nous avons choisi un certain nombre de caractéristiques classificatoires abiotiques ainsi que des variables connexes qui peuvent représenter ces caractéristiques environnementales sur une carte. En nous fondant sur ces variables et sur les frontières entre classes, nous décrivons les écotopes et les organisons en une typologie hiérarchique. »
Cette typologie peut être considérée comme un exemple de typologie « locale » puisqu'elle porte surtout sur des eaux côtières de petit fond. Elle fait appel à des critères de distinction entre habitats semblables à ceux d'E
UNIS
, mais présente certaines différences d'accent qui reflètent l'importance de facteurs tels que la salinité et la profondeur pour différencier les habitats des grandes étendues d'eau de petit fond (moins de 20 mètres) présentes aux Pays-Bas. Cette typologie est présentée de manière complète dans l'article de Bouma et al. (2004) inclus dans l'exemple http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM1_Dutch_Marine_Habitats_Classification.pdf.
En France, la typologie Z
NIEFF
-M
ER
(Dauvin et al., 1994) adopte une approche de la
classification et des niveaux de détail semblable à celle de la typologie des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande (Connor et al., 2004).
Il existe plusieurs typologies des habitats marins de l'Atlantique ouest. Pour plus de détails à ce sujet, voir Green et al. (1999), Valentine et al. (2004) et Madden et al. (2005).
1.3.4.3 - Quels sont les liens entre E
UNIS
et les habitats définis dans des textes juridiques et politiques ?
La directive 92/43 de la CE concernant les habitats naturels et la Convention OSPAR comportent toutes deux une liste des types d'habitat qui nécessitent des mesures de conservation et de protection. Ces listes ne sont pas des typologies en soi, mais dans les deux cas, les habitats énumérés sont mis en correspondance avec des classes définies dans la typologie E
UNIS
. Ce sont d'importants outils d'orientation des efforts de levé, de
cartographie et de gestion, puisque de nombreuses études portent spécifiquement sur les levés et la cartographie de ces types d'habitat (notamment dans le cas de la Directive de la 92/43 de la CE concernant les habitats naturels).
1.3.5 - Quelle est la taille d'un habitat ?
L’échelle est un élément majeur à considérer tout au long du processus de cartographie.
On estime généralement à au moins 25 m
2
la taille minimale d'une unité d’habitat marin.
Cette taille résulte d’un compromis entre les capacités des instruments de télédétection à identifier les unités et l’aptitude de l’œil de l’observateur à intégrer et résumer un ensemble complexe en une entité dominante. Cette convention relative à la taille a aussi
été établie sur la base de considérations pratiques, en ayant à l'esprit la cartographie des
habitats et ses contraintes. Toute biocénose qui occupe une zone plus petite, ou encore toute niche particulière à l'intérieur d'une unité d’habitat (p. ex. cuvettes des milieux exposés, rocher isolé sur un fond sédimentaire), devrait être considérée comme une propriété de cette unité.
40 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Les cartes imprimées d'usage courant telles que les cartes topographiques de l'environnement terrestre (p. ex. les cartes topographiques de l'I.G.N.) et les cartes de navigation ont typiquement une échelle de 1/10 000, 1/25 000 ou 1/50 000. Plus le dénominateur (le second nombre) de l'échelle est grand, plus le territoire représenté sur une même surface est grand. Un carré de 5 m × 5 m correspond à un carré de 1 mm ×
1 mm sur une carte dont l'échelle est de 1/5000 ! Un tel carré est trop petit pour être représenté sur une carte typique d'usage courant, et un habitat doit donc être plus vaste pour pouvoir être représenté. Par conséquent la taille minimale d'un habitat n’est pas la même que l'unité minimale d'aire qui peut être représentée sur une carte ; cette dernière porte le nom de plus petite unité cartographique. Ces notions d'aire, d'échelle et de niveau de détail des habitats sont abordées dans la prochaine section 1.4 « Que veut-on cartographier ? », qui porte sur la manière de déterminer ce qui doit être cartographié.
Il n'y a pas de limite supérieure à l'aire couverte par un même habitat, et certains habitats, par exemple les plaines côtières sédimentaires, peuvent couvrir plusieurs centaines de kilomètres carrés. Tant du point de vue écologique que physique, les habitats peuvent varier énormément quant à leur étendue, de quelques mètres carrés à des dizaines ou à des centaines de kilomètres carrés, avant que leurs caractéristiques changent suffisamment pour justifier la définition puis la cartographie d'un type d'habitat différent. La taille des habitats a tendance à être petite dans les zones intertidales (parce que les conditions du milieu changent rapidement sur de petites distances) et à être très grande dans les profondeurs marines, où les conditions du milieu sont uniformes sur de grandes surfaces.
On imagine aisément les complications résultant de l'application à des situations réelles d'une taille minimale des habitats, en raison de la complexité et de l'hétérogénéité des
habitats à une échelle fine. Il faut tenir compte de ces facteurs lorsque l'on regroupe des données en unités d'aire cartographiables à une échelle donnée.
Il est important de noter que la taille d'un habitat n'augmente pas nécessairement lorsque la description de l'habitat devient plus générale. Par exemple, un habitat décrit en termes généraux tels que « rocher intertidal couvert d’algues » pourrait correspondre à un petit affleurement dans une grande plage de sable constituant un habitat défini de manière très précise par l'espèce clé et la catégorie de sédiment (Lanice conchilega dans un sable littoral). Des habitats décrits en termes généraux peuvent couvrir de petites surfaces, et il est possible que les habitats ne constituent pas les meilleures unités pour décrire de très grandes surfaces. Cette notion d'échelle dans la définition des structures benthiques a été
étendue pour donner le concept de paysage marin. Il peut s'agir d'un phénomène physiographique important, par exemple un estuaire ou un mont sous-marin, ou d'une grande zone du fond définie surtout par une caractéristique topographique, par exemple une plaine côtière sédimentaire. Les paysages marins sont abordés plus en détail au chapitre 1 « Paysages et habitats – diverses méthodes de classification ».
1.3.5.1 - Frontières et continuums dans l'environnement marin
Définir et cartographier des habitats, c'est leur fixer des frontières et les distinguer les uns des autres dans leur définition ou sur une carte.
La réalité du monde marin est beaucoup plus complexe que cela : souvent, il n'y a pas de frontières claires entre habitats, mais seulement un changement graduel de caractéristiques sur une certaine distance. Parfois, les limites physiques sont nettes, comme dans le cas d'un récif rocheux qui ressort d'une plaine sédimentaire, mais le plus souvent, la transition est graduelle, comme d'un type de sédiment à un autre (p. ex. de vase sableuse à sable vaseux). De la même manière, les frontières biologiques peuvent
être nettes, comme entre une forêt de Laminaires et, à une plus grande profondeur, une
biocénose dominée par des animaux, à cause de la moins grande luminosité. Par contre, de nombreux changements de biocénose sont graduels, en présence de faibles gradients
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 41 des conditions du milieu (p. ex. l'exposition aux vagues et les courants de marée). Le manque de frontières nettes pose de réels problèmes pratiques pour la cartographie des
habitats et pour l'élaboration de typologies des habitats capables de subir l'épreuve de la réalité.
1.3.5.2 - Définition d'habitats à différents niveaux de détail – une hiérarchie
Pour cartographier des habitats, il faut définir leurs propriétés avec un certain niveau de détail et donc s'attendre à une certaine constance des caractéristiques observées sur l'étendue d'un habitat donné. Cela est faisable à différents niveaux, ce qui introduit la notion de hiérarchie dans la définition des habitats. Par exemple, pour les habitats rocheux de petit fond, on peut définir une zone supérieure hébergeant des Laminaires très denses (une forêt) et une zone inférieure où les Laminaires sont plus clairsemées
(une prairie). Ces deux zones (forêt et prairie de Laminaires) peuvent être plus généralement définies comme des « habitats de Laminaires », ce qui crée une hiérarchie des définitions et des unités de cartographie des habitats. Cette zone de Laminaires pourrait elle-même être regroupée avec d'autres communautés d'algues pour définir un
habitat encore plus général de« rochers couverts d’algues ».
La définition d'habitats à divers niveaux de détail peut résulter des techniques de levé employées (autrement dit, les techniques déterminent le degré de finesse des types d'habitat définis) ou relever d'une typologie dans laquelle il peut être utile d'avoir à la fois des habitats définis de manière générale et d'autres définis très précisément (voir les sous-sections 1.3.3 « Qu'est-ce qu'une typologie des habitats ? » et 1.3.4 « Quelles typologies sont disponibles ? »). Lorsque des habitats sont définis de manière moins détaillée, on peut s'attendre à des variations plus importantes des caractéristiques à l'intérieur de chaque type, ainsi qu'à une plus grande étendue géographique que dans le cas des sous-types plus finement définis qui les composent.
1.3.5.3 - Paysages et habitats – diverses méthodes de classification
On peut aborder la classification de l'environnement marin de diverses manières et avec différents niveaux de détail, selon le but de la classification, les méthodes employées et les données disponibles. À des fins de gestion environnementale, il est important que la
typologie de l'environnement marin ait du sens du point de vue écologique, pour qu'elle puisse appuyer une approche de gestion fondée sur les écosystèmes.
Dans le cas du fond de la mer, la typologie a été généralement définie par la caractérisation des structures benthiques par type d'habitat. Cette approche se reflète dans les diverses typologies nationales et européennes (voir la sous-section 1.3.4 :
« Quelles typologies sont disponibles ? »).
L'approche de la classification fondée sur les habitats ne prend que faiblement en considération des modèles globaux de caractéristiques benthiques telles que la morphologie résultant de processus géologiques et hydrographiques majeurs. Par conséquent, on peut considérer que des formations telles que des monts sous-marins et des estuaires se situent à une échelle plus globale que celle des habitats ; chacune comporte un ensemble de types d'habitat présents à l'intérieur d'une formation définie à l'échelle topographique – à ce niveau de classification, les structures plus globales sont décrites comme des paysages marins que l'on peut considérer comme analogues à des montagnes, vallées, plaines et rivières dans un milieu terrestre. Chaque type de paysage
marin comporte un ensemble de types d'habitat, dont certains sont caractéristiques du type de paysage ; de plus, ces types d'habitat peuvent se présenter selon un modèle donné (tel qu'un zonage des habitats du sommet jusqu'à la base d'un mont sous-marin).
D'autre part, de nombreux types d'habitat peuvent être présents dans divers types de paysage (par exemple, des herbiers de phanérogames marines dans des bras de mer, des baies et des estuaires) – ce qui signifie que les deux approches de la classification
42 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? sont liées entre elles, mais qu’il est impossible de les intégrer dans une seule typologie hiérarchique (Connor et al., 2006). Le fichier UKSeaMap_FinalReport_Annex7.pdf
montre la relation entre habitats et paysages. La figure ci-après, qui représente l'estuaire de l'Exe, au Royaume-Uni, illustre cette relation.
Carte
de l'estuaire de l'Exe, au Royaume-Uni, qui illustre la relation entre la typologie des paysages marins et celle des habitats
Alors que l'approche des habitats est très bien adaptée à une typologie détaillée (à
échelle fine) du fond de la mer (pour les levés sur le terrain et la cartographie des
habitats), la typologie plus générale des paysages marins est particulièrement utile à des fins de gestion à une échelle plus globale, car une telle gestion se fait souvent plus facilement à cette échelle (p. ex. pour un estuaire entier) qu'à l'échelle d'un habitat.
Le milieu pélagique peut faire l'objet d'une classification faisant appel à des caractéristiques hydrographiques (p. ex. la température et la salinité) d'une manière qui soit pertinente sur le plan écologique. Les résultats de cette classification se rapprochent probablement le plus de la notion d'habitat, bien qu'à une échelle très grossière.
1.4 - Que veut-on cartographier ?
La compréhension des notions fondamentales d'échelle d’une carte et de niveau de détail des habitats est essentielle à la réussite d'un programme de cartographie des habitats.
Ces connaissances permettent à ceux qui commandent des programmes d'avoir des attentes réalistes, à ceux qui planifient des levés sur le terrain de choisir l'équipement approprié, et à ceux qui analysent les données et qui dessinent des cartes de livrer des produits conformes aux besoins des utilisateurs.
Une carte des habitats montre la répartition géographique des classes d'habitat du fond marin. Une carte peut être imprimée sur papier ou affichée sous forme électronique à un
écran. Quel que soit le support, une carte montre une région géographique bien définie, et
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 43 donc restreinte, du fond de la mer. Une définition claire du territoire à couvrir est donc essentielle à la réussite d'un programme de cartographie des habitats.
La représentation d'un territoire sur un support fait intervenir la notion d'échelle d’une
carte, normalement indiquée sous forme du rapport entre les dimensions linéaires de la
carte et celles de la région géographique représentée. Une page A4 fait 21 cm de largeur par 29.7 cm de hauteur (à la française ou mode portrait). Si elle contient une carte qui couvre un territoire de 2 km de largeur par 3 km de longueur (200 000 cm par 300 000 cm), par exemple une petite baie, l'échelle de cette carte est de 20/200 000 (ou
30/300 000), soit 1/10 000. À l'inverse, une structure représentée sur la carte par un
élément de 1 cm a dans la réalité une longueur de 10 000 cm, soit 100 m. Si la même page A4 représente un territoire de 200 km par 300 km, par exemple une mer régionale comme la mer d'Irlande, son échelle est alors de 1/1 000 000, et un élément de 1 cm de longueur sur la carte correspond à 10 km dans la réalité.
Un élément semblable de « taille » figure dans la définition d'un habitat : on considère généralement que la taille minimale d'un habitat marin est d'environ 25 m
2
(5 m × 5 m). La
« taille » se reflète également dans la typologie des habitats, où elle est couramment liée
à la notion de « détail biologique ». À une extrémité du spectre, les classes d'habitat représentent un très haut niveau de détail biologique, par exemple un herbier de Zostera marina sur des sédiments grossiers. À l'extrémité opposée, une classe d'habitat est très générale, par exemple un rocher couvert d’algues et couvre les zones intertidale et subtidale du fond marin. Le plus souvent, les habitats définis de manière détaillée couvrent des surfaces relativement petites du fond de la mer (de l'ordre de 10 à 100 m dans chaque dimension), alors que des habitats définis de manière plus générale couvrent des surfaces plus grandes (avec des dimensions supérieures à 1 km). Dans la planification d'un programme de cartographie des habitats, la détermination du niveau de détail biologique à représenter sur les cartes finales est un élément fondamental de l'ensemble du processus de cartographie, à cause de ses conséquences très importantes sur le choix de la stratégie de cartographie, de l'équipement nécessaire, du type d'analyse
à effectuer, et donc sur le coût total du programme (voir le chapitre 2 « Que veut-on cartographier ? »).
Comme on pourrait s'y attendre, il y a un lien très net entre le territoire à cartographier et le niveau de détail biologique à représenter lorsque l'on détermine l'effort (et donc le coût) nécessaire pour produire la carte. La cartographie de tous les habitats détaillés de la mer d'Irlande de manière à les représenter lisiblement sur du papier A4 donnerait un grand nombre de pages ! Le tableau ci-après montre l'effort nécessaire pour produire des
cartes à chacune des extrémités du spectre du détail des habitats et du territoire représenté, et introduit les termes échelle globale et échelle fine, courants dans le domaine de la cartographie des habitats.
Grand
(plus de 100 km
× 100 km)
Niveau de détail des habitats
Faible Élevé
Effort correspondant au territoire à cartographier : levés typiques à échelle
globale
Effort très important, demandant de grandes quantités de ressources : programme national de levés
Petit
(moins de 20 km
× 20 km)
Les résultats ne justifient pas que l’on fasse des levés.
Effort correspondant au territoire à cartographier : levés typiques à échelle fine
L'effort (et le financement) requis pour la cartographie des habitats sont liés à la fois au territoire couvert et au niveau de détail des habitats voulu.
44 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Les termes échelle globale et échelle fine peuvent s'appliquer à chaque extrémité de la gamme d'activités de cartographie du point de vue du territoire couvert et du niveau de détail des habitats.
Après avoir bien défini le niveau de détail des habitats requis sur la carte finale ainsi que l'étendue du territoire à couvrir, et obtenu les ressources nécessaires pour entreprendre le travail de cartographie, il faut connaître les différentes méthodes disponibles de production des cartes finales. La sous-section qui suit porte sur les principaux points à considérer pour définir les modalités de cartographie des habitats du territoire choisi.
1.4.1 - Qu'entend-on par cartographie des habitats à échelle globale et à
échelle fine ?
Les cartes à échelle globale et à échelle fine se situent aux deux extrémités du spectre du territoire couvert et du niveau de détail des habitats, et servent généralement à des usages très différents. Les techniques employées pour produire ces cartes peuvent
également être très différentes. Dans le domaine de la cartographie des habitats, on emploie le terme échelle dans un sens très général pour exprimer l'interaction complexe entre l'aire ou la taille des structures, le niveau de détail des habitats et le genre de
cartographie. L'échelle aide donc à définir les méthodes de cartographie des habitats, et ce même si le spectre des échelles ne comporte pas de point fixe marquant la limite entre
échelle globale et échelle fine : il y a plutôt une vaste gamme d'échelles entre les deux extrêmes, avec un chevauchement des objectifs et des méthodes de la réalisation de
cartes.
La notion d'échelle permet néanmoins d'orienter la discussion sur ce que comporte la
cartographie des habitats.
Une bonne compréhension du spectre allant de l'échelle globale à l'échelle fine passe par l'explication d'un certain nombre de termes et de concepts :
1.4.1.1 - Échelle d’une carte et territoire couvert
La notion d'échelle est au cœur de toute discussion sur la cartographie des habitats dans le projet M
ESH
. Les cartes d'habitats imprimées sont généralement à une échelle allant de petite (où les éléments représentés sont petits sur la carte, p. ex. 1/250 000) à grande (où les éléments représentés sont grands sur la carte, p. ex. 1/25 000). Cependant, comme les termes petite échelle et grande échelle sont souvent source de confusion, on parle respectivement d'échelle globale et d'échelle fine, et ce sont ces termes que l'on a adoptés pour ce Guide M
ESH
.
1.4.1.2 – Procédés
À l'échelle la plus fine, des données de télédétection et des échantillons prélevés sur le terrain sont recueillis (en général au cours d'un seul projet) et interprétés dans un but bien précis. Le territoire faisant l'objet des levés est entièrement couvert (souvent à plus de
100 % lorsque les fauchées des sondeurs multifaisceaux se chevauchent) à l'aide de techniques choisies en fonction de leur adaptation aux habitats à cartographier. À l'échelle
globale, la cartographie peut se faire en totalité au bureau, en regroupant de nombreuses sources de données et en les traitant de manière à obtenir des couches à modéliser.
Dans le cas d'échelles intermédiaires, la cartographie peut : (1) se faire en grande partie au bureau à partir de données acquises pour diverses fins ; (2) reposer sur des données acquises dans le cadre d'une campagne de levés à long terme ; (3) reposer sur des levés commandés pour cette seule fin, mais ne couvrant que partiellement les données de télédétection et sur une faible densité d'échantillons prélevés sur le terrain, et être complétée par interpolation.
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 45
1.4.1.3 – Finalité
La cartographie à échelle fine procure une description détaillée de la répartition d'une gamme complète d'habitats. On peut avoir besoin d'une représentation statistiquement solide de l'étendue des habitats, avec des frontières entre habitats bien définies, à des fins de surveillance, souvent dans le cadre d'un plan de gestion de sites. Des cartes à
échelle fine peuvent être comparées entre elles et avec des cartes à échelle globale. On parle alors d'une démarche ascendante.
Une carte à échelle globale résume notre connaissance des tendances générales de la répartition des habitats et vient souvent appuyer l'élaboration de politiques stratégiques ou l'évaluation de leur mise en œuvre (p. ex. évaluation de la proportion d'un type d'habitat présentant un intérêt du point de vue de la conservation qui est incluse à l'échelon national dans un ensemble d'aires marines protégées). Souvent une carte à échelle
globale vise à fournir un aperçu général d'une grande région, destiné à servir de contexte
à des données locales. On parle alors d'une démarche descendante.
1.4.1.4 - Résolution, exactitude et valeur prédictive
À l'échelle la plus fine, la cartographie vise une exactitude et un pouvoir de résolution
élevés. On peut devoir refaire la cartographie à une date ultérieure, ou avoir besoin de
cartes présentant un certain degré de certitude statistique afin d'étayer la prise de décisions ou des mesures de gestion. Les cartes à échelle globale visent à montrer la répartition des habitats de manière indicative seulement (donc à ne pas prendre au pied de la lettre), avec un pouvoir de résolution et un degré d'exactitude faibles. L'information représentée sur la carte illustre toutefois de manière raisonnablement fiable l’agencement des habitats.
1.4.1.5 – Effort
Des régions étendues sont généralement cartographiées à une échelle globale, à cause du coût élevé par unité d'aire de levés exhaustifs. Il faut toutefois noter que ce n'est pas toujours nécessairement le cas – un programme national de cartographie comme le programme national irlandais de levés benthiques porte sur une grande région cartographiée de façon détaillée. Une grande région peut être subdivisée en plusieurs composantes plus petites, chacune étant cartographiée à une échelle fine dans le cadre d'un programme de levés à long terme. De petites zones font normalement l'objet de levés détaillés, car il serait coûteux et plutôt vain de mobiliser une équipe de levés pour n'entreprendre que des levés superficiels.
La figure ci-après résume ces concepts dans le spectre d'une échelle cartographique de globale à fine.
46 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Résumé des principales caractéristiques de la cartographie des habitats pour une gamme d'échelles typiques
Tous les programmes de cartographie des habitats visent à produire des cartes adaptées aux objectifs visés. Ces cartes doivent montrer la meilleure estimation possible de la répartition des habitats, fondée sur les données facilement disponibles les plus appropriées, ou sur de nouveaux levés conçus pour procurer les meilleures données possibles compte tenu des contraintes de temps et de budget. La finalité de cartes d'habitats situées aux extrémités du spectre est probablement très différente, allant du suivi de l'état de sites et de nouveaux développements pour l'échelle la plus fine, à la planification stratégique de politiques pour l'échelle la plus globale. Dans le cas de certaines applications, il faut « imbriquer » des cartes à plusieurs échelles pour aider les utilisateurs à comprendre divers aspects de l'environnement.
1.4.1.6 - Imbrication de cartes à différentes échelles
Lorsque l'on rassemble des cartes à différentes échelles d'un territoire donné, les cartes à
échelle fine montrent les détails, alors que les cartes à échelle globale montrent une répartition plus générale des habitats visibles à une échelle fine. Si les deux types de
cartes sont exacts, il devrait y avoir une forte correspondance entre les deux : les cartes à
échelle globale devraient représenter les mêmes classes d'habitat et avec les mêmes
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 47 frontières que les cartes à échelle fine, mais de manière plus sommaire ; par exemple, certaines classes d'habitat détaillées pourraient être regroupées à un niveau supérieur de la typologie des habitats, ou certains habitats ne pas être illustrés sur les cartes à échelle
globale à cause de leur trop petite taille. Par contre, il arrive souvent que les cartes à
échelle globale et les cartes à échelle fine soient produites à partir de données de sources différentes, ce qui risque de se traduire par une faible correspondance entre les classes et frontières d'habitats des deux types de cartes. On peut toutefois s'attendre à ce que ces différences s'estompent avec le temps, à mesure que la qualité et le pouvoir de résolution des cartes s'améliorent grâce à l'apport de nouvelles données. Le fait que les cartes à
échelle globale soient de plus en plus souvent produites par généralisation de cartes à
échelle fine plutôt que par modélisation d'autres données physiques devrait également contribuer à atténuer ces différences.
L'imbrication de cartes à différentes échelles est un cas particulier de la situation où une
carte à échelle fine résultant d'un levé des habitats est incluse dans une carte à échelle
globale résultant d'une modélisation cartographique. Il est possible que les deux cartes ne correspondent pas exactement, en raison des démarches radicalement différentes
(ascendante et descendante) qui les sous-tendent. Il est en outre peu probable que le
modèle cartographique puisse être modifié uniquement pour correspondre aux levés détaillés. Cela fait ressortir les grandes différences entre les deux types de cartes quant à leur finalité et à leur valeur prédictive, et illustre les difficultés de l'utilisation de données à différentes échelles.
Cette situation est susceptible de se présenter souvent dans le programme M
ESH
, et il vaut la peine de s'attarder sur la nature de ces différences et des défauts de correspondance. D’autre part, les échelles intermédiaires (entre 1/100 000 et 1/25 000) ont souvent été laissées de côté.
Il apparaît clairement que des cartes à échelle fine peuvent servir à valider le modèle cartographique sous-jacent des cartes à échelle globale, mais il demeure difficile d'évaluer l'importance des écarts irréconciliables entre les deux types de cartes, à cause des différences que l'on vient d'exposer.
1.4.2 - Quels sont les plus petits habitats cartographiables ?
Il y a plusieurs réponses à cette question ! Comme on l'a mentionné à la sous-section
1.3.5 « Quelle est la taille d'un habitat ? », les habitats n'ont pas de taille naturelle précise, mais on recommande généralement d'utiliser une taille d'au moins 5 m × 5 m (il n'est pas obligatoire de prendre des carrés) pour les levés et échantillonnages d'habitats. Il faut toutefois se rappeler que des levés d'habitats de cette taille sur le terrain ne signifient pas que la carte finale sera aussi détaillée. Il se peut que seuls des habitats homogènes plus vastes puissent être représentés sur une carte à l'échelle choisie, à cause des règles
(limites) de la cartographie – voir plus loin. Il faut aussi que les télécapteurs puissent détecter des habitats de petite taille : un capteur doit avoir un pouvoir de résolution suffisant pour enregistrer des habitats de taille unitaire – voir plus loin.
On entend habituellement par pouvoir de résolution l’aptitude à distinguer des objets ou des éléments adjacents d'une scène, qu'il s'agisse d'une photo, d'une image ou de la réalité sur le terrain. La limite de résolution est généralement donnée par la dimension linéaire (souvent exprimée en mètres) des plus petites structures que l'on peut distinguer.
Mais le contraste joue un rôle dans notre capacité de distinguer des objets : si deux objets sont de la même couleur, ils sont plus difficiles à distinguer que s'ils sont très différents par la couleur, la teinte ou la luminosité. Lorsque l'on choisit un outil de télédétection pour la cartographie des habitats, il est évidemment essentiel de tenir compte de son aptitude
à distinguer, tant du point de vue spatial que de la texture, les habitats à représenter sur la carte finale. Les données de télédétection se traduisent normalement par des images imprimées (analogiques) ou électroniques (numériques). Lorsqu'une image est
48 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? géoréférencée, c'est-à-dire mise en correspondance avec les coordonnées du monde réel, chaque pixel (de l'anglais picture element) correspond à une surface au sol. L'aire de cette surface est déterminée par la limite de résolution spatiale du capteur. Les capteurs modernes (à bord de satellites, d'avions ou de navires) ont généralement une limite de
résolution spatiale de l’ordre du mètre ou de quelques décimètres. Le paragraphe 1.4.2.2
« Résolution dans le domaine de la télédétection » donne plus de détails techniques à ce sujet.
Après l’acquisition d’images lors d'un levé, deux méthodes couramment employées permettent de distinguer les structures au sol (ou au fond de la mer) : l'interprétation manuelle et la classification automatique. Dans le cas d'une interprétation manuelle sur un document analogique (une image imprimée ou une pellicule), l’interprète qui trace des
polygones représentant des habitats aura tendance à entourer des unités dont la plus petite dimension est d'au moins 3 mm sur le document (ou une surface dont l'aire est d'au moins 9 mm²). Il ne s'agit pas d'une règle absolue mais plutôt d'une « règle empirique »
établie pour de simples raisons de confort lors du tracé. C’est ce que l’on appelle la plus
petite unité interprétable.
Les télécapteurs ont des sources d’erreur (bruit systémique) inhérentes à leur conception et à leur fonctionnement. Les pixels ne doivent donc pas être considérés individuellement, car la valeur d’un pixel en particulier pourrait fort bien être le résultat d’une erreur du système. Lorsque des pixels forment des groupes ayant des valeurs semblables, l’information qu’ils représentent est plus fiable et plus susceptible d’être conforme à une unité sur le terrain. Ces groupes forment les plus petites unités interprétables d’une image, souvent de dimensions comparables aux plus petites unités interprétables manuellement. Dans un cas comme dans l’autre, la plus petite unité
interprétable constitue le critère à considérer pour le choix de l’outil de télédétection le plus approprié pour distinguer les types d’habitat dans le cadre d’un programme de
cartographie.
La cartographie fait intervenir un mélange d’esthétique et de science. Un cartographe doit généralement faire des compromis entre l’échelle, le niveau de détail et la facilité d’utilisation d’une carte. Trop de détails rendent une carte déroutante et difficile à lire ; trop peu de détails diminuent la valeur d’une carte. En général, les plus petites formes dessinées sur une carte – les plus petites unités cartographiques – ont des dimensions de
1 à 3 mm selon leur nature (point, trait ou polygone). Une règle empirique actuellement adoptée en « cartographie thématique », où l’on ne représente en principe que des surfaces, suggère de ne pas tracer de polygones de moins de 9 mm² ; dans le cas particulier des cartes d’habitats terrestres du projet CORINE sur l'occupation des terres , la plus petite unité choisie a été de 25 mm². Dans notre cas, en adoptant des habitats d’une taille minimale de 5 m × 5 m, la représentation d’un habitat de 25 m² par une unité visible de 9 mm² sur papier correspond à une échelle d’environ 1/2000. Il s’agit donc de l’échelle de base qui garantit de voir toutes les unités d’habitat ; les cartes dessinées à une échelle plus grossière ne permettront pas de voir les unités d’habitat de 25 m². Les paragraphes
1.4.2.4 « Limites de la cartographie (pour les cartes au trait) » et 1.4.2.5 « Limites de la cartographie thématique maillée » abordent plus en détail les limites de la cartographie.
Une fois que les images de télédétection ont été interprétées pour donner des classes d’habitats, le cartographe doit produire une carte finale montrant les habitats avec le niveau de détail voulu. À cette étape, la relation entre la plus petite unité interprétable d’une image et la plus petite unité cartographique dépend de la finalité du programme de
cartographie et des spécifications de la carte finale. En simplifiant beaucoup, et en laissant de côté un certain nombre de problèmes et décisions complexes, il y a fondamentalement deux manières de procéder, selon la façon dont les personnes qui commandent le travail de cartographie formulent leur demande (voir la figure ci-après).
¾
Si la demande porte sur la cartographie d’unités d’habitat (p. ex. d’un certain nombre de mètres carrés), on peut alors suivre le processus de gauche, qui établit successivement les outils de télédétection appropriés et l’échelle à employer pour la
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 49
carte résultante (la plus petite unité interprétable et la plus petite unité cartographique
étant alors fixées dans la demande).
¾
On peut aussi demander de « cartographier un territoire donné au 1/10 000, en représentant les habitats le plus en détail possible ». Dans ce cas, c’est le processus de droite de la figure qui s’applique. Dans le cas d’une carte au 1/10 000, la plus petite
unité cartographique est de 30 m × 30 m (900 m²), taille minimale de l’unité d’habitat interprétable. La limite de résolution de télédétection devrait donc être d’au moins
5 m (une règle empirique suggère en effet que la limite de résolution d’un capteur soit d’environ un cinquième de la plus petite unité interprétable requise). Si la plus petite
unité interprétable est inférieure à la plus petite unité cartographique, le cartographe doit regrouper des unités pour créer des unités d’habitat plus grandes que la plus
petite unité cartographique – un processus appelé généralisation, qui introduit d’autres genres de problèmes.
Manière dont la formulation d’une demande de cartographie (imposant soit l’échelle de la carte, soit les unités minimales d’habitat à identifier) influence le choix de la résolution du levé de télédétection.
Les boîtes en bleu sont celles où des choix sont possibles.
50 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
1.4.2.1 - Raisons techniques pour lesquelles certains habitats peuvent ne pas
être cartographiés
Les habitats (le substrat et d’autres propriétés du milieu comme le biote) peuvent être définis par les caractéristiques biologiques et physiques observables prédominantes.
Cependant, comme on le voit dans la figure qui suit, trois facteurs compliquent cette définition :
– le biote caractéristique d’un habitat sédimentaire est surtout présent à l’intérieur du sédiment (endofaune) et n’est pas facilement visible ;
– la biodiversité d’habitats rocheux peut se manifester en grande partie dans de petites niches difficiles à échantillonner à distance (sous des corniches rocheuses, sous des blocs, dans le rocher).
Roche en place
Sable Bloc
Faune invisible Faune cachée
Ces facteurs ont un impact énorme sur un programme de cartographie et sur toute utilisation de cartes pour répondre à des questions sur la biodiversité et sur la présence d’espèces rares qui pourraient être cruciales pour la mise en œuvre de politiques et la gestion d’activités humaines qui en découle.
La prochaine figure décrit trois scénarios qui illustrent certains des principaux problèmes auxquels on risque de faire face pour la cartographie des habitats.
1. L’illustration de gauche représente un habitat de sédiments meubles qui héberge surtout une endofaune. Il peut être difficile de détecter et de cartographier de tels
habitats par télédétection et même par échantillonnage, pour les raisons suivantes : a. plusieurs des propriétés des sédiments qui influent sur le facteur de réflexion ne sont pas mesurées ; b. les propriétés acoustiques des sédiments peuvent être affectées ou non par l’activité de l’endofaune ; c. l’échantillonnage peut ne pas représenter adéquatement le biote. Le prélèvement à la benne révèle une partie de l’endofaune, mais la faible ampleur du prélèvement (typiquement 0,1 m
2
) ne permet pas d’assurer que les échantillons sont vraiment représentatifs d’une zone plus vaste (à moins de prélever un certain nombre de réplicats), et il est probable que la mégafaune davantage dispersée ne soit pas échantillonnée. La vidéo (dans une eau claire) permet d’échantillonner une zone plus vaste et plus représentative, mais non de voir la plus grande partie de l’endofaune.
Par conséquent, les liens entre les propriétés observées des sédiments et le faciès acoustique peuvent être douteux. Même si les données acquises sont adéquates pour cartographier le type de sédiment, les liens entre le faciès acoustique et
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 51 l’endofaune risquent d’être incertains. Par conséquent, pour de nombreux habitats, on arrive à cartographier le type de sédiment avec un certain succès, mais la
cartographie des habitats définis par leur endofaune est beaucoup moins réussie.
2. Dans l’illustration du centre, le biote manifeste a un effet marqué et caractéristique sur le faciès acoustique, et la vidéo est un bon instrument d’observation du biote. Par contre, les observations du couvert ne permettent pas toujours d’identifier les types de Laminaires de façon certaine, et il se peut que la seule forme de vie reconnue soit celle des Laminaires alors qu’un important biote se cache sous le couvert.
3. Enfin, dans l’illustration de droite, les moyens acoustiques peuvent détecter de manière fiable les divers habitats rocheux, et ces mêmes structures être observées par vidéo. Mais la plus grande partie du biote reste cachée, et seules quelques stations de plongée permettront d’acquérir d’importantes données sur la biodiversité.
Situations où les techniques de prélèvement et d’enregistrement ne permettent de détecter qu’une partie d’un habitat benthique
Le choix des bons moyens d’échantillonnage favorise évidemment le succès du processus de cartographie, mais les utilisateurs doivent néanmoins être conscients des limites techniques de la cartographie pour ne pas avoir d’attentes irréalistes vis-à-vis des
cartes d’habitats. On peut devoir accepter le fait que la seule manière de cartographier des données sur la diversité consiste à utiliser des données ponctuelles superposées à une carte d’habitats définie de manière globale.
En résumé, si les structures qui définissent un habitat sont visibles et détectables, il y a une bonne probabilité que l’on puisse cartographier cet habitat. Si elles sont visibles mais cachées d’une manière ou d’une autre pour l’outil de télédétection, alors ou bien on arrivera à déduire la présence de l’habitat à partir d’autres caractéristiques, ou bien la
carte d’habitats obtenue sera incomplète (voir la figure ci-après) !
52 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Résumé des considérations fondamentales à propos de la nature de tout habitat que l’on souhaite cartographier.
1.4.2.2 - Résolution dans le domaine de la télédétection
Il est important de comprendre le fonctionnement d’un outil de télédétection, afin d’apprécier son aptitude à détecter des structures benthiques telles que des habitats (en zone intertidale ou subtidale). Beaucoup d’excellents ouvrages et sites Web expliquent tous les aspects techniques de la télédétection ; par exemple, Green et al. (1999) décrivent l’utilisation de télécapteurs aéroportés ou satellitaires pour la cartographie marine en région tropicale. La suite de ce paragraphe repose sur de l’information disponible dans le site WEB de la NASA (États-Unis ) et sur certaines définitions extraites de Wikipedia .
Les télécapteurs mesurent et enregistrent la magnitude et la fréquence de l’énergie
électromagnétique (lumière) ou de nature acoustique (son). Les télécapteurs embarqués
à bord d’avions ou de satellites utilisent normalement des capteurs d’image qui mesurent l’énergie réfléchie par les objets observés ; les capteurs les plus utilisés pour la détection sous-marine font appel à des dispositifs acoustiques, mais les résultats sont souvent rendus sous forme d’images. Les capteurs d’image se répartissent en deux grandes catégories : les capteurs actifs et les capteurs passifs. Les capteurs passifs, qui forment la majorité des capteurs aéroportés ou satellitaires en usage à l’heure actuelle, ne font que recevoir la lumière solaire naturelle réfléchie ou l’énergie électromagnétique émise par les objets. Les capteurs actifs fournissent leur propre énergie, qui est transmise aux objets observés puis réfléchie vers les capteurs. Les systèmes acoustiques, les radars et les
lidars (qui utilisent des rayons laser) sont tous des capteurs actifs.
Les premiers télécapteurs enregistraient des images photographiques (prises par des caméras) gravées sur pellicule ou des traces imprimées sur des rouleaux de papier
(sonars). Dans les deux cas, les images étaient produites sous forme analogique. Elles
étaient fixes et ne se prêtaient qu’a peu de traitement (corrections, modifications de contraste, de couleur, etc.) ; plus récemment, elles ont pu être converties sous forme
électronique numérique, permettant des traitements limités. La plupart des capteurs modernes enregistrent maintenant l’information sous forme numérique, souvent des images numériques. Une image numérique est formée de nombres qui représentent des
attributs tels que la luminosité, la couleur ou la longueur d’onde de l’énergie rayonnée, ainsi que la position de chaque point ou pixel de l’image. Le pixel (de l’anglais picture
element) est la plus petite unité d’une image. Une image numérique est formée de pixels disposés en lignes et colonnes ; une telle image est dite matricielle, tramée ou maillée.
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 53
Les dimensions des pixels et leur contenu en information sont deux aspects de la
résolution de l’image.
Le terme résolution a une signification populaire, mais il est mieux défini dans un sens technique. On entend habituellement par pouvoir de résolution l’aptitude à distinguer des objets ou des éléments adjacents d'une scène, qu'il s'agisse d'une photo, d'une image ou de la réalité sur le terrain. La limite de résolution est souvent donnée par la dimension linéaire (souvent exprimée en mètres) des plus petites structures que l'on peut distinguer.
Mais le contraste joue un rôle dans notre capacité de distinguer des objets : si deux objets sont de la même couleur, ils sont plus difficiles à distinguer que s'ils sont très différents par la couleur, la teinte ou la luminosité. Les télécapteurs mesurent des différences et des variations souvent exprimées par trois types principaux de résolution, dont chacun influence la précision des télécapteurs et leur utilité pour la cartographie des habitats.
Résolution spatiale – Le pouvoir de résolution spatiale d’un capteur est son aptitude à distinguer les détails d’un motif ou d’une image. La limite de résolution spatiale, c’est-àdire la plus petite distance entre des motifs ou des objets que l’on peut distinguer dans une image, est souvent exprimée en mètres.
Résolution spectrale – Le pouvoir de résolution spectrale d’un capteur est sa sensibilité de réponse à une gamme de fréquences donnée (surtout dans le cas de capteurs aéroportés ou satellitaires). Les gammes de fréquences couvertes comprennent souvent non seulement la lumière visible, mais aussi la lumière invisible et des rayonnements
électromagnétiques. Les objets au sol sont identifiables par les différentes longueurs d’onde réfléchies (interprétées par différentes couleurs), à condition que le capteur utilisé puisse détecter ces longueurs d’onde.
Résolution radiométrique – Le pouvoir de résolution radiométrique (souvent appelé contraste radiométrique) est l’aptitude du capteur à mesurer la force du signal (réflectance acoustique) ou la luminosité des objets. Plus un capteur est sensible à la réflectance des objets par comparaison avec leur voisinage, plus il permet de détecter et d’identifier des objets petits.
Lorsque l'on choisit un outil de télédétection pour la cartographie des habitats, il est
évidemment essentiel de tenir compte de son aptitude à distinguer, tant du point de vue spatial que de la texture, les habitats à représenter sur la carte finale.
1.4.2.3 - Limites d’interprétation
Même s’il est possible de détecter une structure, d’autres raisons peuvent rendre cette
information difficile à représenter sous forme de polygones d’habitat. Par exemple, l’information sur la classe d’habitat peut se situer à un très bas niveau dans la typologie
E
UNIS
(p. ex. variantes locales ou sous-habitats), d’où un très grand nombre de classes dans la zone échantillonnée, dont plusieurs ne sont échantillonnées qu’une ou deux fois.
Il est possible que l’on ne puisse pas interpréter les données de télédétection en utilisant ce grand nombre de classes, parce que (1) il y a trop peu d’échantillons de chaque classe pour que l’on puisse être certain de leur interprétation, ou (2) ces classes produisent des signatures très semblables ou qui se chevauchent dans les données de télédétection, de sorte que l’on n’arrive pas à les distinguer. Dans ces cas, une carte d’habitats plus générale montrant un moins grand nombre de classes peut être plus appropriée. Il faut prendre ces limites en considération à un stade précoce du processus de planification.
Compte tenu des objectifs du programme, vaut-il vraiment la peine de faire une carte avec un pouvoir de résolution et un niveau de détail élevés, au vu des coûts importants et de la complexité de l’analyse à effectuer ?
Il est donc possible que l’on doive produire des cartes à échelle globale en simplifiant des données à échelle fine. Cette simplification peut introduire des erreurs lorsqu’un analyste
54 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? doit décider comment combiner des classes qui se présentent (sous forme de pixels isolés ou en petits groupes) à une échelle qui ne peut pas être représentée sur une carte.
1.4.2.4 - Limites de la cartographie (pour les cartes au trait)
La cartographie fait intervenir un mélange d’esthétique et de science. Il faut généralement faire des compromis entre l’échelle, le niveau de détail et la facilité d’utilisation d’une
carte. Trop de détails rendent une carte déroutante et difficile à lire ; trop peu de détails diminuent la valeur d’une carte. Le tableau suivant montre la relation entre la taille (en mm) d’un objet sur une carte et la taille réelle des objets représentés à différentes
échelles. Il faut se rappeler que des polygones dont les dimensions sont de 2 à 3 mm constituent probablement la limite inférieure de ce qui peut être représenté sur une carte
(imprimée). Il est clair que, même à une échelle fine, des objets de moins de 10 m (et préférablement de moins de 20 m) ne peuvent pas être montrés sur une carte.
Taille (mm) d’un objet sur une carte
1
Taille réelle (m) de l’objet représenté, selon l’échelle de la carte
1/10 000 1/25 000 1/50 000 1/100 000
10 25 50 100
Un carré des dimensions indiquées dans le tableau est le plus petit habitat qui peut être représenté sur une carte aux échelles correspondantes, et constitue donc par définition la
plus petite unité cartographique. Il faut en tenir compte dans la planification des levés puisqu’il s’agit de la limite de résolution et du niveau de détail le plus élevé que l’on peut attendre de la carte finale. La plus petite unité cartographique ne correspond ni à la limite
de résolution des télécapteurs (qui peuvent être beaucoup plus précis), ni à strictement parler à l’exactitude et à la précision de la carte (qui peuvent être bien moindres).
Les dimensions de plus petite unité cartographique indiquées dans le tableau sont celles de polygones qui sont normalement de forme irrégulière plutôt que carrés. Le cas des
cartes maillées est quelque peu différent. Il est possible de reproduire des cartes avec des pixels de taille beaucoup plus petite (un pixel est en réalité un tout petit carré, dont les côtés ne sont généralement pas marqués par des traits) qu’un polygone tracé avec un contour bien défini.
Un pixel d’une taille donnée correspond à une plus petite surface du fond de la mer sur une carte à échelle fine que sur une carte à échelle globale. La taille du pixel imprimé détermine donc la limite de résolution de la carte. Le tableau ci-dessous est typique de la façon dont les cartographes voient la limite de résolution d’une carte. Il montre les dimensions réelles représentées par des pixels imprimés de trois tailles différentes
(0,1 mm, 0,25 mm et 1 mm de côté) pour un certain nombre d’échelles. Ce tableau permet de connaître la limite de résolution d’une image matricielle.
Limite de résolution (dimensions sur la carte)
Petit (0,1 mm) Moyen (0,25 mm) Gros (1 mm)
1/5000 0,5
1/10 000 1
1/25 000
1/50 000
1/100 000
1/250 000
2,5
5
10
25
1,25
2,5
6,25
12,5
25
62,5
5
10
25
50
100
250
Cela ne signifie pas toutefois que les images matricielles ont une plus grande définition que les cartes au trait comportant des polygones. En effet, les pixels ne sont pas faits
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 55 pour être vus individuellement. Un pixel isolé ne signifie pas grand chose en soi. Lorsque des pixels forment des groupes de valeurs semblables, l’information qu’ils représentent est plus fiable. Les zones qui ont un aspect tacheté à cause des variations entre pixels voisins sont considérées comme des zones hétérogènes. Il serait erroné de supposer que la classe correspondant à chaque pixel est située avec exactitude. Par conséquent, la
plus petite unité cartographique est à peu près la même pour des polygones et pour des
groupes de pixels.
1.4.2.5 - Limites de la cartographie thématique maillée
Une fois déterminée la plus petite taille d’habitat à enregistrer lors d’une campagne de levés, il faut choisir un moyen de télédétection ayant le pouvoir de résolution correspondant. Le pouvoir de résolution du capteur (voir paragraphe 1.4.2.2 « Résolution dans le domaine de la télédétection ») doit être suffisant pour que le nombre de « pixels purs » soit beaucoup plus grand que le nombre de pixels périphériques, afin de minimiser l’erreur de calcul de l’aire. Pour donner une règle empirique, la limite de résolution spatiale doit être de l’ordre d’un cinquième de la plus petite taille d’habitat. Dans le cas d’une unité d’habitat de 5 m × 5 m, un capteur ayant une limite de résolution de 1 m permet d’enregistrer dans le pire des cas 16 pixels purs (16 m²) sur 25, ce qui donne une
erreur d’au plus 30 %. Cette règle empirique n’est valable que dans les cas bien tranchés où la couleur (radiométrie) prévaut, autrement dit lorsqu’une unité au sol est d’une couleur relativement homogène et bien contrastée par rapport à son voisinage. Si l’unité se caractérise par une texture plutôt que par une couleur (p. ex. de petites cuvettes réparties sur une unité de substrat rocheux vue sur une photographie aérienne), il est préférable d’avoir un pouvoir de résolution plus élevé pour la faire ressortir. À l’heure actuelle, de nombreux outils de télédétection ont un tel pouvoir de résolution (spatiale, spectrale et radiométrique). C’est le cas en particulier de tous les imageurs aéroportés et des lidars, ainsi que des sonars à balayage latéral et des sondeurs multi faisceaux pour des eaux relativement peu profondes (moins de 100 m). Certains satellites modernes (Ikonos,
Quickbird) ont également un tel pouvoir de résolution.
Après l’acquisition d’images lors d'un levé, deux méthodes couramment employées permettent de distinguer les structures au sol (ou au fond de la mer) : l'interprétation manuelle et la classification automatique. Dans le cas d'une interprétation manuelle sur un document analogique (une image imprimée ou une pellicule), l’interprète qui trace des
polygones représentant des habitats aura tendance à entourer des unités dont la plus petite dimension est d'au moins 3 mm sur le document (ou une surface dont l'aire est d'au moins 9 mm²). Il ne s'agit pas d'une règle absolue, mais plutôt d'une « règle empirique »
établie pour de simples raisons de confort lors du tracé. C’est ce que l’on appelle la plus
petite unité interprétable.
Lorsque l’on a recours à la classification automatisée des images pour produire une
« carte thématique » du sol, chaque pixel d’une image se voit affecter une classe correspondant à un type d’habitat si l’image est traitée pour montrer des habitats. Les télécapteurs ont des sources d’erreur (bruit systémique) inhérentes à leur conception et à leur fonctionnement. Les pixels ne doivent donc pas être considérés individuellement, car la valeur d’un pixel en particulier pourrait fort bien être le résultat d’une erreur du système.
Lorsque des pixels forment des groupes ayant des valeurs semblables, l’information qu’ils représentent est plus fiable et plus susceptible d’être conforme à une unité sur le terrain.
Ces groupes forment les plus petites unités interprétables d’une image. Néanmoins, certaines zones ont quand même un aspect tacheté à cause des variations entre pixels voisins, et il est préférable de les considérer comme hétérogènes. Comme les pixels d’une image classifiée sont regroupés, la plus petite unité interprétable est à peu près la même pour des polygones tracés manuellement et pour des groupes de pixels d’images
matricielles classifiées automatiquement. D’une manière semblable au travail sur une
« image implicite » (p. ex. un imprimé d’une photographie aérienne), si une personne doit
56 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? interpréter manuellement une image matricielle classifiée (en dessinant le contour des structures qu’il distingue), il fera un zoom avant jusqu’à perdre le confort visuel, ce qui correspond en pratique à des pixels dont le côté est de 0,5 mm. Selon les principes
énoncés plus haut, une fois la classification terminée, il est conseillé de filtrer les unités qui font moins de 36 pixels purs, considérées comme non représentatives, et de les fondre dans la classe avoisinante.
Après la phase d’interprétation, c’est le confort visuel de l’utilisateur qui constitue le principal critère de représentation sur une carte des unités interprétées (polygones ou groupes de pixels). Dans le cas d’images matricielles, cela consiste à éviter les lignes en escalier ; dans le cas de polygones, il faut éviter les polygones minuscules qui ont l’air de points. On peut satisfaire à ces critères visuels en adoptant une taille de 9 mm² comme plus petite unité visible à représenter sur une carte. C’est ce que l’on appelle la plus petite
unité cartographique. Dans le cas particulier ou plusieurs unités voisines forment une mosaïque, si cette mosaïque est présente à plusieurs endroits, il peut être approprié de créer une classe « mosaïque » à laquelle on donne une apparence unie afin d’améliorer la présentation visuelle de la carte. Lorsque ces petites unités voisines correspondent à des classes d’habitat étroitement apparentées, la définition d’une classe « mosaïque » peut revenir à utiliser une classe d’habitat plus générale de la hiérarchie. Si ces unités voisines représentent des habitats très différents et non apparentés, l’habitat
« mosaïque » pose un problème différent, qui a trait à la pertinence même de la
classification pour réaliser la carte.
1.5 - Comment se fait la cartographie des habitats ?
Les partenaires du projet M
ESH
préconisent un processus de cartographie des habitats dans lequel les cartes sont obtenues par l’intégration de données sur les propriétés physiques du fond de la mer (en zone intertidale ou subtidale) couvrant la totalité du territoire à cartographier, avec des observations sur les habitats présents à certains endroits. Ce processus est résumé par la figure ci-dessous.
Résumé du processus de cartographie des habitats
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 57
Les sections précédentes ont abordé certaines questions cruciales auxquelles il faut répondre lorsque l’on commande un programme de cartographie des habitats : Le territoire à cartographier est-il vaste ou restreint ? Quel est le niveau de détail requis
(habitats très généraux ou détaillés) ? Quelles ressources sont disponibles (temps, processus de cartographie à adopter. Lorsque vient le temps d’entreprendre réellement le travail, les principales différences selon l’approche adoptée ont trait à la source des données physiques et des données sur les habitats. Une carte d’habitats peut être déduite de l’exploitation au bureau de données existantes, ou de nouvelles données acquises lors de campagnes de terrain conçues sur mesure, ou d’une combinaison des deux approches.
Voici les questions abordées dans cette section :
Campagne de levés ou modélisation – Selon les réponses aux questions stratégiques ci-dessus, on peut faire une étude au bureau afin de modéliser la répartition des habitats, ou entreprendre une campagne de levés pour acquérir de nouvelles données en vue de cartographier le territoire étudié.
Télédétection et données de terrain – Pour la plupart des programmes de cartographie, le mieux est d’intégrer des données de télédétection, qui couvrent tout le territoire, et des données de terrain qui permettent de valider l’information acquise par télédétection.
Types de données nécessaires – Que l’on procède par levés ou par modélisation, il faut savoir quels types de données sont nécessaires pour cartographier le territoire étudié.
Ces données ont trait aux paramètres biologiques, physiques et environnementaux dont la somme détermine les types d’habitat présents dans le territoire étudié.
Une carte d’habitats est le résultat ultime d’un processus complexe qui est loin d’être infaillible ! Toutes les phases de ce processus ont leurs points forts et leurs lacunes, et ceux qui commandent des programmes de cartographie des habitats doivent être conscients de certaines limites et sources d’erreur du processus de cartographie. Le grand avantage du traitement numérique est qu’il permet de remplacer une carte unique
(représentant toute la vérité ?) par un ensemble de cartes personnalisées dérivées d’un jeu de données et représentant chacune un aspect de la vérité.
1.5.1 - Les approches de la cartographie des habitats
Les techniques de télédétection, qui captent l’énergie réfléchie dans le spectre
électromagnétique sous forme d’images satellitaires ou de photographies aériennes, de même que l’œil lui-même, voient littéralement le biote manifeste. Elles peuvent faire la distinction entre certaines espèces ou biocénoses à cause des différences entre leurs propriétés de réflexion. La détection et la distinction sont empiriques, dans le sens qu’il n’est pas nécessairement important de savoir à quoi sont dues les différences de réflectivité, pourvu que ces différences soient mesurables et cohérentes.
Le rayonnement électromagnétique pénètre mal dans l’eau, et la télédétection acoustique est mieux adaptée aux eaux profondes ou troubles. La télédétection acoustique peut être considérée comme une extension de l’approche empirique : la réflectance acoustique dépend des propriétés du fond. Par contre, elle est en général déterminée davantage par les propriétés physiques du fond que par le biote, sauf lorsque le biote lui-même constitue la structure du fond, sous forme de récifs biogènes, ou de bancs de moules, d’huîtres ou de maërl.
La classe d’habitat est déduite de la relation entre les propriétés acoustiques (intensité de rétrodiffusion ou degré d’absorption) et les données sur l’habitat (provenant de prélèvements et d’observations). Une approche empirique est encore envisageable, mais la relation entre la réflectance et le biote est moins directe que dans le cas du spectre
électromagnétique.
58 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Cette relation empirique indirecte n’est pas nécessairement évidente pour les cartographes. Mais l’ajout de données bathymétriques à la réflectance acoustique a pour effet de distinguer des fonds acoustiquement semblables sur la base de zones biologiques – ce qui constitue une modélisation déductive.
Un habitat est défini à partir de ses caractéristiques environnementales biologiques et physiques. La définition d’un habitat comprend une description du milieu physique
adéquat pour cet habitat. La modélisation peut devenir plus apparente lorsque l’on a recours à des considérations statistiques ou théoriques, ou encore à l’avis d’experts, pour subdiviser le milieu physique en classes pouvant correspondre à des descriptions d’un milieu physique adéquat en tant qu’habitat. Ces modèles risquent de devenir très complexes lorsque les paramètres physiques qui servent à prédire l’adéquation d’un milieu sont eux-mêmes déduits à partir de données de télédétection. Ce réseau complexe de relations est manifeste dans les modèles de bureau qui font appel à plusieurs sources de données.
Détection directe à partir des propriétés de réflectance
Liens déduits de relations statistiques
Relation entre biocénose, données sur le milieu physique et données de télédétection, pour trois scénarios différents de modélisation des habitats
1.5.2 - De quoi a-t-on besoin pour cartographier des habitats ?
On peut faire ressortir les différences entre les techniques empiriques de levé et la
modélisation de l’adéquation des milieux physiques. Dans le cas des techniques
empiriques, toute donnée qui fonctionne fait l’affaire. Les meilleures techniques ont un
pouvoir de résolution élevé, donnent des mesures précises et ont un fort pouvoir de discrimination.
Dès qu’une forme de modélisation entre en jeu, plus un milieu physique est adéquat, mieux cela vaut. Mais qu’est-ce qu’un milieu physique adéquat ? Les espèces sont adaptées à la vie dans un ensemble donné de conditions, qui comprennent un substrat convenant à leur morphologie et un milieu conforme à leurs besoins et tolérances physiologiques. Il en va de même pour les communautés et leurs espèces caractéristiques (en faisant abstraction des doutes sur le concept de communauté).
Cependant, les espèces ne réagissent pas toutes aux mêmes paramètres. Les critères relatifs à un habitat peuvent être répartis entre d’une part ceux qui sont universellement
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 59 importants, et d’autre part ceux qui sont importants pour certaines biocénoses mais pas pour d’autres.
Les deux critères universels les plus pertinents sont :
– la profondeur sous le niveau de référence dans le domaine subtidal, ou l’élévation audessus du niveau de référence dans le domaine intertidal (mesurés directement par télédétection) ;
– le substrat (déterminé directement à partir de données de télédétection et déduit à partir de données de terrain).
Une liste plus exhaustive pourrait également comprendre les éléments suivants (dont plusieurs ne sont pas des variables indépendantes, mais ont des liens entre eux) :
– le type et les caractéristiques du rocher, ainsi que les figures sédimentaires (qui peuvent être déduits de données bathymétriques à haute résolution) ;
– des caractéristiques choisies des sédiments, p. ex. grosseur moyenne des grains, contenu en silt (qui peuvent être déduits ou modélisés à partir d’échantillonnages par points et de données de télédétection) ;
– la topographie (qui peut être déduite de données bathymétriques) ;
– les données physiographiques (à partir des données bathymétriques, de la limite côtière et de la topographie) ;
– la lumière (mesurée en certains points, détectée par imagerie satellitaire et corrélée avec la profondeur) ;
– la salinité (mesurée en certains points et pouvant être corrélée avec les données physiographiques) ;
– la température (à une échelle biogéographique, mesurée ou détectée par des capteurs satellitaires) ;
– l’action des vagues (depuis le littoral jusqu’à 50 à 70 m de profondeur, à partir de la hauteur mesurée des vagues et de modèles d’énergie à leur base) ;
– le fetch (à partir des données physiographiques et des caractéristiques du vent) ;
– les courants et la tension de cisaillement (mesurés en certains points et calculés par modélisation hydrodynamique).
Certaines de ces données sont primaires en ce sens qu’elles peuvent être acquises au moyen de campagnes de levés. D’autres sont modélisées à partir d’une variété de mesures et de sources de données. Il faut évaluer avec soin ces facteurs quant à la disponibilité des données et de l’information à l’échelle appropriée, et quant à l’utilité de modéliser la totalité des habitats ou seulement ceux qui figurent dans une liste restreinte.
La pertinence biologique de ces facteurs n’est pas universelle et dépend des types d’habitat concernés.
1.5.2.1 - Substrats rocheux
Les substrats rocheux sont généralement colonisés par la végétation ; la profondeur de la zone photique (profondeur de pénétration de la lumière dans la colonne d’eau) a donc une grande importance. On trouve également toutefois des fonds rocheux nus, probablement là où des dalles rocheuses alternent avec du sable grossier, dont l’effet abrasif peut être déterminant dans des conditions de forte tension de cisaillement.
Comme le levé de la végétation en zone photique est généralement difficile (à cause de sa localisation côtière), les paramètres abiotiques sont essentiels à la modélisation de sa présence. À titre d’exemple, dans le cas de la prédiction de Laminaires en domaine subtidal, la turbidité est très importante.
60 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
En zone intertidale, on sait que les algues sont réparties principalement en fonction de leur élévation sur le rivage (degré d’immersion par la marée) et de leur exposition aux vagues, et secondairement selon le degré de lumière, la température et les nutriments.
Les algues réagissent différemment au stress qu’elles subissent lorsqu’elles sont hors de l’eau, de sorte que la fréquence d’immersion est un paramètre important de leur présence. La fréquence d’immersion à une élévation donnée est fonction du régime des marées, et l’utilisation d’un modèle des marées permet de traduire les niveaux d’eau en pourcentages d’immersion. Pour cela, il faut disposer à la fois d’un modèle numérique de
terrain (MNT) fiable et de données exactes sur les marées.
Même si les algues semblent avoir besoin d’un certain degré de turbulence pour bien se développer, une forte exposition aux vagues tend à empêcher la fixation des juvéniles.
Deux espèces peuvent tolérer la même durée d’émersion mais des niveaux différents d’exposition. C’est le cas par exemple de Ascophyllum nodosum et Fucus vesiculosus. Il y a plusieurs manières de faire une estimation de l’exposition aux vagues en zone intertidale, en passant par un intermédiaire (fetch déduit des données sur les vents) ou à partir de données directes sur les vagues, si elles sont disponibles. Ces données sont toujours fournies par des mesures de bouées en mer ou par des modèles et ne peuvent
être étendues aux zones côtières que si un MNE bathymétrique de haute qualité est disponible.
1.5.2.2 - Substrats meubles
L’identification du type de sédiment peut se faire par imagerie acoustique avec validation par des échantillons. Lorsque aucun levé n’est disponible, les cartes hydrographiques historiques peuvent montrer les types de fond. Les sédiments sont fortement façonnés par la tension de cisaillement, et il y a souvent une bonne corrélation entre la taille des grains et la tension de cisaillement. Il faut en tenir compte lorsque l’on fait des associations statistiques entre ces variables. De plus, les figures sédimentaires (p. ex. des rides de sable) résultant de l’action complexe de la tension de cisaillement
(magnitude et direction), de la pente, de l’aspect et de la taille des grains, ont des effets locaux certains sur la présence de biocénoses. Si les figures sédimentaires ne sont pas directement cartographiées par des levés acoustiques, il y a moyen de prédire leur présence en utilisant les paramètres ci-dessus à une résolution compatible avec les dimensions attendues de ces figures (les figures sédimentaires varient considérablement en hauteur et en longueur d’onde). En particulier, la tension de cisaillement se déduit d’une combinaison de la vitesse maximale du courant et de la vitesse orbitale de la houle.
Des données sur la présence ou l’absence de figures sédimentaires sont souvent suffisantes pour la cartographie des habitats (voir à ce sujet un aperçu dans le document
Seabed Sediment Classification
).
Pour classifier les zones de profondeur selon la typologie E
UNIS
, il faut des données sur l’atténuation de la lumière et sur le niveau de base des vagues. Les données sur l’atténuation de la lumière peuvent être obtenues à partir des données satellitaires sur la couleur de l’océan. Combinées avec les données bathymétriques, elles indiquent la profondeur de la zone photique (la limite inférieure de la zone infralittorale). Le niveau de base des vagues est la profondeur à laquelle les vagues peuvent pénétrer dans la mer et donc perturber le fond. Il peut servir à prédire la limite inférieure de la zone circalittorale.
On l’obtient en combinant des statistiques sur les vagues et les données bathymétriques locales.
De plus, dans le cas des terrasses sédimentaires, par exemple le long de la partie belge de la mer du Nord, il faut souligner l’importance de classes détaillées de taille des grains, car elles sont fortement corrélées avec la présence de biocénoses benthiques précises
(Van Hoey et al., 2004).
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 61
1.6 - Quelles sont les limites de la cartographie des habitats ?
Une carte d’habitats montre la répartition prédite de classes d’habitat et d’autres
informations obtenues par prélèvement et par télédétection, ou modélisées à partir de données de sources indirectes. Une carte d’habitats ne représente qu’un instantané dans le temps, et sa valeur de représentation de la répartition des habitats à tout moment ultérieur dépend de la variabilité naturelle du territoire cartographié. Mis à part les changements possibles dans le temps, d’autres limites quant à la nature de l’information sur les habitats viennent de la manière dont les données sont acquises, interprétées, représentées et conservées. Il faut comprendre ces limites puisqu’elles ont des implications importantes sur la conception d’un programme de cartographie, et afin que les utilisateurs aient des attentes réalistes vis-à-vis des cartes d’habitats. La figure suivante illustre les principales limites de la cartographie des habitats.
Peut-on... le voir ?
(données de terrain) le capter ?
(télé-détection) l’interpréter ?
(intégration) le représenter ?
(cartographie) quatre questions ci-dessus. Pour différentes raisons :
– il est possible que l’on ne puisse pas détecter un habitat intéressant, soit parce que l’on n’arrive pas à le « voir » sur le terrain, soit parce que les techniques de télédétection et d’interprétation ne permettent pas de distinguer cet habitat d’autres habitats semblables ;
– il est possible que l’on ne puisse pas représenter un habitat sur une carte à l’échelle choisie parce que ses dimensions sont trop petites.
Dans la réalité, il est peu probable que l’on puisse répondre de manière catégorique aux questions ci-dessus pour tous les habitats potentiellement présents dans le territoire à cartographier. La réponse sera souvent plus nuancée, telle que « peut-être » ou
« probablement ». Le degré de certitude avec lequel on peut répondre à ces questions dépend de notre connaissance de l’habitat concerné : certains habitats, par exemple les bancs de moules, font depuis longtemps l’objet d’études scientifiques, de sorte que l’on comprend relativement bien leur structure physique et biologique, ainsi que les facteurs physiques qui jouent un rôle important dans leur fonctionnement. Par contre, nos connaissances à propos de nombreux habitats des grands fonds sont très limitées, et nous ne savons pas bien s’il est possible de détecter et de cartographier ces habitats.
On a abordé plus haut les problèmes potentiels liés à l’échelle, à l’interprétation des images et à la cartographie. L’aire occupée par différents habitats benthiques varie
énormément selon les conditions qui prévalent dans le milieu et la géologie sous-jacente du fond. On peut arriver à cartographier un territoire hétérogène si l’aire des unités
d’habitats est grande par rapport à la limite de résolution des capteurs et à l’échelle de la
carte. Malheureusement, dans de nombreux territoires hétérogènes, les habitats sont très petits, souvent au-delà de la capacité de détection des capteurs, ou encore impossibles à représenter sur une carte à l’échelle choisie.
62 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Toutes ces limites affectent la qualité de la carte d’habitats finale. La qualité d’une carte est directement liée à son adéquation à l’usage que l’on veut en faire, ainsi qu’au degré de confiance que l’utilisateur peut avoir en elle. La qualité se mesure souvent par l’exactitude et la précision d’un produit. L’évaluation de la qualité d’une carte est un processus complexe mais crucial pour l’utilisateur, en particulier s’il doit prendre d’importantes décisions fondées sur cette carte. Le chapitre 5 « Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? » décrit le processus d’évaluation de la qualité d’une carte. Les partenaires du projet M
ESH
ont élaboré un canevas d’évaluation de la fiabilité d’une carte
d’habitats, accompagné d’ un outil Web qui permet d’afficher le résultat de cette évaluation sur le site cartographique de M
ESH
. L’élaboration d’un tel canevas d’évaluation constitue une première.
Carte
représentant des emprises de carte des
habitats
, avec le degré de
fiabilité
du rendu cartographique déterminé à l’aide de l’outil d’évaluation du projet M
ESH
Un programme de cartographie des habitats consiste à recueillir une énorme quantité de données, qui sont au bout du compte résumées dans une carte d’habitats. Certaines de ces données sont des produits intermédiaires du processus qui aboutit à la production de la carte. Cependant, une partie de l’information enregistrée ne peut pas figurer sous forme de polygones d’habitat sur la carte finale : par exemple, les noms des espèces animales et végétales prélevées ou observées ne font pas partie de la description des habitats.
Cette information n’est toutefois pas perdue, et certains aspects importants (comme la présence d’une espèce rare) peuvent au besoin figurer sur une carte sous une autre forme. Il est essentiel de conserver dans une base de données toute l’information enregistrée à chaque étape du processus de cartographie des habitats, afin qu’elle ne soit pas perdue et qu’elle puisse se prêter à d’autres analyses et représentations, en particulier à une date ultérieure. Pour tirer le maximum des données, il faut les décrire avec soin d’une manière normalisée et les archiver convenablement de sorte qu’elles soient toujours disponibles pour des travaux futurs. La gestion des données fait l’objet de la prochaine section et est abordée plus en détail dans les chapitres 3 « Comment se fait l’acquisition des données ? » et 6 « Que peut-on faire avec une carte ? »
1.6.1 - Hétérogénéité du fond de la mer et agrégation des données
L’hétérogénéité du fond de la mer pose des problèmes particuliers de cartographie et oblige à prendre des décisions difficiles lorsque vient le temps de planifier l’acquisition des données et le format de la carte finale. L’hétérogénéité est relative à l’échelle de la carte, mais une forme de généralisation est nécessaire pour gommer les variations et donner un aperçu général. Quelles caractéristiques seront utilisées pour produire cet aperçu ? Que va-t-on montrer, et quels détails seront « perdus » ? Comment les variations à l’échelle
fine seront-elles gommées et résumées ?
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 63
Dans la figure ci-après, un petit récif rocheux servant de substrat à certains coraux mous rares et importants est présent dans une plaine sédimentaire. Supposons que ce récif ait
été interprété sur une image acquise par un capteur de télédétection et qu’il en résulte un groupe de quelques pixels ou un petit polygone. Si la carte porte sur un territoire relativement grand et qu’une échelle moyenne de représentation soit adoptée, cette entité deviendra petite au point de disparaître. Ce récif est-il important ou non ? Si oui, ce problème peut être traité de plusieurs manières. Si l’on respecte les normes cartographiques énoncées plus haut qui recommandent de ne pas porter sur la carte de
polygone ayant une dimension inférieure à 3 mm, il faudra contourner la difficulté en créant par exemple un attribut de la classe principale « sable » et le libeller « récif présent ». Ce récif ne pourra pas être représenté en tant que tel, mais une trace de sa présence (et au besoin de sa superficie) sera conservée. On peut aussi créer une classe
« mélange de récif et de sable », mais ceci a une implication typologique qui dépasse le cadre de l’étude. Inévitablement, s’il y a un habitat dispersé et rare, le fait de retenir l’habitat majoritaire entraîne toujours une sous-représentation d’un habitat potentiellement important, ce qui a des conséquences sérieuses en matière de gestion environnementale.
Un petit récif rocheux dans une vaste plaine sédimentaire disparaît si la carte porte sur un territoire relativement grand.
L’hétérogénéité est chose courante en cartographie. La plupart des cartes gomment plus ou moins la variabilité du terrain (selon que la réalité est plus ou moins hétérogène). Si une carte comporte une certaine généralisation de la répartition des habitats et qu’elle en masque les variations, cela signifie que l’on pourra trouver sur le terrain des habitats non représentés sur la carte. Si c’est le cas, comment peut-on utiliser cette carte pour prédire la répartition des habitats (p. ex., pour faire le suivi de l’état des habitats) ? Évidemment, ce problème a plus d’ampleur lorsque l’échelle d’une carte est plus globale.
Si l’on fait un zoom arrière à partir d’une carte à échelle fine (à gauche), de nombreux objets deviennent trop petits sur la carte pour y être représentés de manière satisfaisante (au milieu), et un processus de généralisation peut être nécessaire pour éliminer les plus petits polygones (à droite).
La première carte (à gauche) est à une échelle d’environ 1/25 000 et l’on y distingue des
habitats détaillés. Si l’on passe à une échelle d’environ 1/100 000, (au milieu), les détails deviennent trop petits pour être lisibles. Une certaine généralisation (à droite) réduit le niveau de détail, mais rend la carte davantage lisible. Le processus de généralisation soulève un certain nombre de questions : La carte généralisée répond-elle aux besoins d’information de gestion à cette échelle ? Si oui, les petits détails auraient constitué une
64 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
polygones en faveur de la classe dominante dans le voisinage ? Regrouper des classes d’habitat semblables ? Utiliser une classe de niveau supérieur dans la typologie E
UNIS
?
Quelle que soit la forme de généralisation adoptée, il y a perte d’information sur la carte.
L’information « cachée » peut toujours servir à décrire la variabilité des nouvelles classes et, bien entendu, les détails peuvent toujours être représentés sur un ensemble de cartes
à échelle fine.
1.6.2 - Utilisation des données acquises mais non cartographiées
Une carte d’habitats montre les classes d’habitat définies par leurs caractéristiques communes. Cependant, il est probable que les données de terrain acquises contiennent beaucoup plus d’information que ce qui est utile à la production d’une carte d’habitats, notamment des détails à propos du substrat et de l’abondance des espèces.
L’information n’est pas perdue simplement parce qu’elle ne peut pas être représentée sur la carte d’habitats de base. Il y a de nombreuses autres façons d’utiliser et de présenter de l’information. La force d’une carte d’habitats réside dans le fait qu’elle fournit un contexte spatial pour la totalité de l’information.
L’organigramme résume le processus d’utilisation, de présentation des données de terrain sur une carte d’habitats fondée sur des données de télédétection. Une classe d’habitat est affectée à chaque point d’échantillonnage et chaque classe est échantillonnée un certain nombre de fois pour que les échantillons puissent servir à interpréter les données de télédétection en termes de classes d’habitat. Les autres données de terrain peuvent être présentées par une couche supplémentaire de données ponctuelles.
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 65
Utilisation et présentation de données de terrain sur une carte d’habitats fondée sur des données de télédétection
Finalement, l’information détaillée peut servir à élaborer une description détaillée d’une
classe d’habitat, donnant des renseignements sur la diversité probable, la composition des espèces et la variabilité possible de la classe d’habitat en question. Cette information ne fait toutefois pas partie de la carte elle-même, mais est accessible à l’utilisateur pour l’aider à comprendre les classes d’habitat représentées sur la carte. Cette information est souvent présentée de manière structurée, enrichie par des photographies ou des séquences vidéo du fond marin (voir l’exemple dans la figure ci-après).
66 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Exemple de description d’habitat complétant les classes d’habitat représentées sur une carte
1.6.3 - Jusqu’à quel point une carte d’habitats est-elle fiable ?
Il est facile de supposer qu’une carte d’habitats montre de manière exacte les habitats présents au fond de la mer. Mais il y a de nombreuses sources d’erreur et d’inexactitude, et de multiples facteurs peuvent faire en sorte qu’une carte ne représente pas vraiment la réalité du territoire cartographié. Les sources d’erreur et de variabilité comprennent les limites des moyens techniques et de l’analyse, le nombre insuffisant d’échantillons à interpréter, ainsi que les limites inhérentes à la cartographie.
Tout utilisateur d’une carte devrait se soucier de son exactitude. Le degré de précision et d’exactitude peut-il être indiqué sur une carte ? Plus important encore, quel degré de
confiance un utilisateur peut-il avoir envers une carte ? Jusqu’à quel point celle-ci est-elle fiable ? Il est très difficile de répondre à ces questions. Il faut être conscient de toutes ces questions et des limites des cartes d’habitats, afin que les utilisateurs aient des attentes réalistes sans toutefois perdre confiance en la contribution précieuse des cartes d’habitats
à la planification et à la gestion de l’environnement marin.
La
confiance est une évaluation par l’utilisateur du degré de fiabilité d’une carte en rapport avec sa finalité (jusqu’à quel point la carte répond aux objectifs fixés).
L’
exactitude est une mesure mathématique du degré de succès d’une carte comme prédicteur de la présence d’un habitat. On l’établit en comparant des échantillons
(données de validation sur le terrain) avec la carte et en comptant le nombre de
prédictions correctes et le nombre de prédictions erronées.
La
précision est une mesure du degré d’exactitude de la position des frontières d’habitats.
Dans le domaine de la cartographie, la notion de confiance est probablement la plus utile, en sachant toutefois que la fiabilité d’une carte peut dépendre de son exactitude. La
fiabilité est une question complexe, car elle présente de multiples facettes. La fiabilité d’une carte d’habitats est liée à la fois à son échelle, à sa résolution et à son contenu en
information ; des compromis sont possibles entre contenu en information et exactitude (le
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 67 fait de combiner des classes d’habitat peut accroître l’exactitude d’une carte en sacrifiant une partie de son contenu en information). Les utilisateurs doivent savoir que l’exactitude, la précision et la fiabilité sont des notions différentes et ne s’évaluent pas de la même manière.
1.6.4 - Évolution dans le temps et cartographie à long terme
Comme la cartographie des habitats fait intervenir un élément de déduction entre les données de terrain et les données de télédétection, toute carte est la meilleure approximation possible de la réalité à partir des données disponibles. Avec le temps et les progrès des techniques de levé, on peut s’attendre à une augmentation de la qualité et de la quantité des données de terrain disponibles, ce qui permettra d’améliorer la qualité des
cartes d’habitats. Les cartes devraient donc devenir de plus en plus exactes avec le temps. Le rythme d’amélioration sera probablement lié à la demande pour une qualité accrue, stimulée notamment par le besoin qu’éprouveront les utilisateurs de disposer de
cartes plus détaillées et de plus haute résolution.
La cartographie des habitats est donc un processus continu de développement de nos connaissances à propos de l’environnement marin. D’une certaine manière, le processus de cartographie des habitats n’a pas de fin, puisque les cartes ont un caractère prédictif et qu’elles doivent être mises à l’épreuve et améliorées à l’usage. Une carte des habitats est une représentation de notre meilleure estimation de la répartition des habitats à un certain moment, compte tenu des connaissances disponibles à ce moment.
En plus des limites dues à la qualité des données utilisées pour produire une carte, il faut se rappeler que le milieu marin est souvent très dynamique et que les habitats évoluent naturellement dans le temps. Par conséquent, même si les données sont très exactes au moment de leur acquisition, résultant en une carte de très grande qualité, si le territoire cartographié évolue rapidement, la carte peut ne pas représenter complètement la situation qui prévaut au moment où elle est utilisée (peut-être longtemps après le levé initial).
Le rythme d’évolution des habitats varie considérablement, pouvant se mesurer en heures, en décennies ou en siècles ; cette évolution a des conséquences plus ou moins importantes selon l’échelle d’une carte et les besoins des utilisateurs. Ces questions sont abordées plus en détail au chapitre 5 « Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? »
1.7 - Gestion des données
Les programmes de cartographie des habitats produisent des volumes considérables de données ; il est donc extrêmement important de mettre en place de bonnes pratiques de gestion des données, afin de décrire comment les données ont été acquises et traitées, et comment les cartes résultantes ont été réalisées. On appelle métadonnées l’information qui décrit les données. Une gestion médiocre peut entraîner la perte de données précieuses (parce qu’elles ne sont pas correctement archivées) ou leur transmission sans documentation suffisante pour que leurs destinataires puissent connaître la qualité et les
éventuelles limites de ces données.
Chaque programme comprend typiquement des données d’origines différentes (données de télédétection et données de terrain), qui peuvent parfois être très volumineuses (p. ex. données de sondeurs multifaisceaux). Une saine gestion des données est donc extrêmement importante afin d’en assurer le suivi depuis l’acquisition jusqu’à l’archivage, en passant par toutes les étapes de traitement. Les partenaires du projet M
ESH
ont mis au point un modèle de gestion soutenu par une base de données contenant toutes les
métadonnées pertinentes ; un canevas de la base de données est disponible et téléchargeable (voir le fichier MetadataDataModel_v5.xls
). Cette base de données est conforme aux normes internationales en matière de métadonnées et offre aux utilisateurs
68 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? des rapports qui leur permettent d’exporter des données au format approprié, afin de les transmettre à des centres d’archives ou de contribuer à des catalogues internationaux de
métadonnées. L’équipe du projet M
ESH
fournit également des formats d’échange (voir le chapitre 6 « Que peut-on faire avec une carte ? ») afin que les utilisateurs puissent conserver leurs données dans un format simple facilement compatible avec d’autres activités d’acquisition de données.
La gestion des données doit donc être prise en considération au cours de la phase de planification d’un programme de cartographie des habitats. La section suivante expose les principaux aspects de la planification d’un tel programme.
1.7.1 - Enregistrement de métadonnées – depuis le tout début jusqu’à la réalisation des cartes et au-delà
Tout programme de cartographie des habitats comporte un certain nombre de phases : planification initiale, levés proprement dits, traitement et interprétation des données, production des cartes finales. Tout au long de ce processus, il faut ajouter des
métadonnées qui documentent les données à mesure qu’elles franchissent les différentes
étapes. Souvent, les données d’un levé ont une vie propre au-delà de la production de
cartes : elles aboutissent à différents endroits (organismes, bases de données, portails
Web) et peuvent servir à d’autres études. Il est important que toutes les métadonnées
(pertinentes) accompagnent les données dans leur périple d’une étape et d’un endroit à l’autre.
Phases du cycle de vie d’un ensemble de données, et leurs liens avec des éléments de l’organisation de levés et des chapitres du Guide M
ESH
La figure ci-dessus résume différentes phases du cycle de vie d’un ensemble de données.
Les deux premières phases (pré-terrain et terrain) sont liées aux niveaux du modèle données ? »), et chaque phase renvoie au chapitre correspondant du Guide M
ESH
. Le chapitre 3 « Comment se fait l’acquisition des données ? » présente plus en détail les relations entre les phases, le modèle de levés, le traitement ultérieur des données, ainsi que leur archivage et leur réutilisation (voir aussi le fichier MetadataDataModel_v5.xls
).
Dans le classeur MetadataDataModel_v5.xls
, les échantillons recueillis au cours d’une
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 69 campagne de levés (p. ex. vidéo réalisée à l’aide d’un système de prise de vue remorqué) sont reliés à d’autres données acquises à la même station et lors du même levé, ainsi qu’à d’autres échantillons semblables lors du traitement consécutif aux levés, puis archivés, versés dans des bases de données nationales et utilisés dans d’autres études.
Ce même classeur montre également les relations entre ce processus et d’autres bases de données élaborées dans le cadre du projet M
ESH
:
Catalogue de métadonnées
¾
Catalogue de cartes d’habitats et d’ensembles de données correspondants. Les entrées de ce catalogue portent sur des jeux de données et des produits (cartes)
émanant de levés, sur des bases de données d’organismes ou des bases de données nationales, ainsi que sur des produits dérivés de ces sources de données.
¾
Base de données de levés. Base de données utilisée pour la planification de levés, qui contient de l’information relative aux parties du modèle de métadonnées qui portent sur les levés et les territoires étudiés.
1.8 - Comment planifie-t-on la cartographie des habitats ?
Toute carte doit être adaptée aux objectifs visés. Les planificateurs doivent avoir une idée claire de l’échelle, de la résolution et du niveau de détail des habitats sur les cartes à produire. Ils doivent aussi savoir comment les cartes seront évaluées au regard de la finalité et des objectifs initiaux du programme, afin qu’elles répondent aux normes d’assurance qualité. La planification d’un programme de cartographie des habitats comporte la prise en considération de chacune des étapes du processus, afin d’assurer que toute l’information nécessaire soit recueillie en vue de l’évaluation des cartes finales.
Après une définition claire des besoins en matière de cartes d’habitats, la planification du processus de cartographie commence par la définition de buts et d’objectifs réalistes afin que les cartes produites soient adaptées à leur finalité. Il faut procéder dès le départ à une évaluation de l’information disponible (qui peut exiger une courte étude au bureau) afin d’établir clairement comment acquérir les données nécessaires. Si l’on se rend compte que les données voulues sont déjà disponibles, on peut suggérer un projet au bureau pour produire les cartes d’habitats à partir de l’interprétation et de la synthèse de données existantes. Par contre, s’il manque des données essentielles sur les habitats, à l’échelle et au niveau de fiabilité requis, il faut commander de nouveaux levés. Il faut alors planifier une campagne de levés, choisir les techniques et les stratégies à déployer pour acquérir les données appropriées, en fonction des cartes voulues et des objectifs fixés.
L’étape suivante de la planification doit porter sur l’analyse, l’interprétation et la
cartographie des données. Idéalement, le plan devrait comprendre un organigramme montrant le type de données nécessaires à chaque étape du processus. Enfin, les planificateurs doivent penser au type d’évaluation requis à la fin du processus, afin d’assurer la disponibilité des données appropriées ; par exemple, si une évaluation statistique de l’exactitude est requise, la campagne de levés devra comprendre l’acquisition de données de terrain indépendantes à des fins de validation. La figure ciaprès résume le cycle de planification d’un programme de cartographie des habitats.
70 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Cycle de planification d’un programme de cartographie des habitats
Il est important d’avoir dès la phase de planification un bon aperçu de l’ensemble du programme, afin d’assurer l’acquisition de toutes les données et de toute l’information nécessaires. La planification consistera probablement à passer en revue de manière itérative chacune des principales étapes de processus de cartographie, jusqu’à l’obtention d’un plan clair et définitif, avant de procéder à la phase de levés sur le terrain, ou directement à la phase de production des cartes si les données requises sont déjà disponibles.
1.8.1 - Quelles sont les étapes de la cartographie des habitats ?
La cartographie des habitats doit être considérée comme un processus comportant une suite d’étapes qui donneront ultimement les cartes voulues. Les chapitres du présent
Guide M
ESH
correspondent aux principales étapes de ce processus. La section 1.7
« Gestion des données » résume les flux de données du processus de cartographie et présente le besoin d’enregistrer de l’information (les métadonnées) à chaque étape, afin que les données et les cartes qui en résultent soient décrites de manière adéquate en vue de leur utilisation ultérieure.
1
ère
étape : D
EFINITION DES OBJECTIFS
: Quelle est la finalité du projet de cartographie des
habitats, et quelle est l’échelle voulue ?
La plupart des levés d’habitats se situent dans une échelle qui va de globale à fine. Les
échelles très globales sont plus susceptibles de correspondre à des projets nationaux, et les échelles très fines à des levés spéciaux visant des organismes vivants ou des paramètres d’habitat particuliers.
Si plus d’une échelle a été choisie, il faut définir la portée du projet séparément pour chaque échelle et réfléchir à la manière dont les produits à différentes échelles seront reliés les uns aux autres.
2 e
étape : D
EFINITION DE LA PORTEE DU PROJET
: Quelle est l’ampleur des levés à effectuer ? L’étendue et la résolution des levés doivent correspondre aux objectifs du projet. Quels principaux paramètres environnementaux auront un impact sur les travaux de levés ?
• É
TUDE AU BUREAU
(
DETERMINATION DE L
’
INFORMATION MANQUANTE
) : Quelle information est disponible, quelle information nouvelle est requise ? Procéder à une évaluation de l’information disponible au regard des besoins. Cela contribuera à définir de manière plus précise l’ampleur du travail à effectuer.
• R
EDACTION D
’
UN CAHIER DES CHARGES
: À ce stade, il devrait être possible de rédiger un cahier des charges détaillé décrivant l’information nécessaire pour le programme de cartographie. Cela devrait comprendre une utilisation optimale de l’information existante, la planification de nouveaux levés et un aperçu de la manière dont les données attendues seront analysées et interprétées.
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? 71
3 e
étape :
CONCEPTION DES LEVES
:
STRATEGIE ET CHOIX DES TECHNIQUES
: Quelles stratégies de levés sont possibles ? Y a-t-il une stratégie optimale ? Quelles sont les techniques qui conviennent, et quelle est l’ampleur des coûts et des efforts correspondants ? Il est important de prévoir des marges de manœuvre pour tenir compte des conditions environnementales et météorologiques, ainsi que des connaissances acquises à mesure que les levés progressent.
4 e
étape : E
XECUTION DES LEVES REQUIS
: Veiller à suivre les lignes directrices recommandées, afin que les données acquises soient valables.
5 e
étape : T
RAITEMENT DES DONNEES
: Veiller à ce que la qualité des données soit maintenue tout au long des étapes d’édition et de traitement.
6 e
étape : A
NALYSE
,
INTEGRATION
,
MODELISATION ET INTERPRETATION DES DONNEES
: Un plan d’analyse et d’interprétation des données devrait avoir été formulé au cours de la
2 e
étape, mais il peut devoir être révisé après un examen des données. Est-il possible d’évaluer l’exactitude et la fiabilité des cartes ?
7 e
étape : C
ARTOGRAPHIE ET PROJET DE SIG
: Le principal extrant du projet consiste en des
cartes d’habitats, qui doivent montrer une quantité appropriée d’information et de détails pour la ou les échelles choisies. Les cartes d’habitats doivent être adaptées aux objectifs visés. Les données à l’appui des cartes sont contenues dans des couches thématiques qui peuvent être affichées sous forme de cartes ou d’attributs des types d’habitats (p. ex. dans des tables attributaires du SIG ou dans les rapports connexes).
8 e
étape : É
VALUATION
: Il ne s’agit pas ici de l’évaluation de l’exactitude et de la fiabilité des cartes effectuée dans le cadre de l’analyse et de l’interprétation des données.
L’évaluation finale doit porter sur l’utilité des cartes, et en particulier sur la fiabilité des
prédictions qu’elles font quant à la répartition des habitats. Une bonne carte d’habitats doit faire ses preuves à l’usage (en tenant compte des limites inhérentes au processus de
cartographie). Elle devrait en outre susciter de nouvelles études et être révisée à mesure que de nouvelles informations deviennent disponibles.
1.9 - Conclusion
La cartographie des habitats est un processus dont le résultat final est une carte
d’habitats répondant à des besoins précis et clairement définis.
Une carte d’habitats :
– fournit de l’information dans un but précis ;
– prédit la répartition des habitats ;
– exige une planification complète et une définition précise de sa portée, afin de s’assurer qu’elle corresponde aux objectifs énoncés.
Une carte d’habitats n’est pas :
– simple ou simpliste.
Les prochains chapitres du Guide M
ESH
portent sur les différentes étapes du processus de cartographie des habitats. Le dernier chapitre présente des exemples d’utilisation de
cartes d’habitats pour résoudre des problèmes réels.
72 1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
Liens vers des documents
Lifeform classification for mapping.doc : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM1_Lifeform_classification_for_mapping.pdf
E
UNIS
_Habitat_Classification_Revised_2004.pdf : http://www.searchmesh.com/PDF/GMHM1%20E
UNIS
_Habitat_Classification_Revised_2004.
A1_112 Habitat Factsheet.pdf : http://www.searchmesh.com/PDF/GMHM1_E
UNIS
_Habitat_Fact_Sheet.pdf
Exemple : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM1_E
UNIS
_application.pdf
Exemple : http://www.searchmesh.net/default.aspx?page=1807
Fichier MNCR_04_05_introduction.pdf : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM1_MNCR_04.05_introduction.pdf
Fichier E
UNIS
habitats correlation table.pdf : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM1_
E
UNIS
_habitats_correlation_table.pdf http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM1_Dutch_Marine_Habitats_Classification.pdf
Seabed Sediment Classification : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM1_Seabed_Sediment_Classification.pdf
Exemple : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM1_MNCR_Form.pdf
Exemple : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM1_MNCR_04.05_introduction.pdf
Un outil Web : http://www.searchmesh.net/default.aspx?page=1635
Le fichier MetadataDataModel_v5.xls : http://www.searchmesh.net/default.aspx?page=1719
Liens vers des sites Web
La Convention OSPAR : http://www.ospar.org/
Le rapport de 2006 du groupe de travail du CIEM sur la cartographie des habitats : http://www.ices.dk/reports/MHC/2006/WGMHM06.pdf
Annexe I de la directive 92/43 de la CE : http://ec.europa.eu/
OSPAR : http://www.ospar.org/documents/dbase/decrecs/agreements/04-
06E_List%20of%20threatened-declining%20species-habitats.doc
HELCOM : http://www.helcom.fi/ environment2/biodiv/en_GB/actions/
UK Biodiversity Action Plan : http://www.ukbap.org.uk/
Site Web d'E
UNIS
: http://eunis.eea.europa.eu/habitats.jsp
Site Web du projet d'aires marines spéciales de conservation : http://www.ukmarinesac.org.uk
Site Web du Marine Monitoring Handbook : http://www.jncc.gov.uk/page-2430
Une typologie des paysages marins : http://www.jncc.gov.uk/UKSeaMap
Typologie E
UNIS
qui porte sur les habitats marins : http://eunis.eea.europa.eu/habitats-codebrowser.jsp?habCode=A – factsheet – cliquer en bas sur Worked example: E
UNIS
marine proposal proforma et télécharger le document
Typologie des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande : http://www.jncc.gov.uk/MarineHabitatClassification
Exemples : http://www.searchM
ESH
.net/metadata
1 - Qu'est-ce que la cartographie des habitats ?
REBENT : http://www.rebent.org
Programme national irlandais de levés benthiques : http://www.gsiseabed.ie/
Projet CORINE : http://reports.eea.europa.eu/COR0-landcover/en
Aspects techniques de la télédétection : http://www.unesco.org/csi/pub/source/rs.htm
Site WEB de la NASA : http://rst.gsfc.nasa.gov/
Wikipedia : http://fr.wikipedia.org/
Site cartographique de M
ESH
: http://www.searchM
ESH
.net/webGIS
Catalogue de métadonnées : http://www.searchM
ESH
.net/webGIS
73
75
2 - Que veut-on cartographier ?
Rogger C
OGGAN
et Jacques P
OPULUS
Ce chapitre vise à guider les utilisateurs dans les étapes de la planification d’un programme de cartographie, afin d’assurer que les produits finaux soient adaptés aux objectifs et qu’ils donnent l’information requise. Comme le processus de cartographie peut
être très complexe, il est important de tenir, au cours de la phase de planification, des consultations adéquates entre les utilisateurs, les bailleurs de fonds et les producteurs de
cartes, afin que chacun comprenne la portée du programme et les options qui se présentent pour la réalisation du travail. Pour faciliter la planification et les consultations, nous avons subdivisé le processus de planification en une suite d’étapes (voir l’organigramme) décrites une à une dans les sections qui suivent.
Étape Activité Extrants
Organigramme des étapes de la planification d’un programme de cartographie
76 2 - Que veut-on cartographier ?
2.1 - Définition de la portée du programme
Cette étape vise à définir la finalité et les objectifs du programme de cartographie, afin que l’on sache exactement ce que l’on veut accomplir et pourquoi. Cette définition servira de référence pour toutes les autres étapes de la planification et déterminera avec
précision ce que les cartes finales doivent (ou ne doivent pas) contenir. Il incombe à ceux qui sont à l’origine d’un programme de cartographie de faire connaître très clairement leurs exigences et de s’engager à fond dans la planification du programme et la définition de sa portée. Le rapport sur la portée du programme, qui résulte de cette étape, devrait
être distribué aux bailleurs de fonds, gestionnaires, opérateurs de terrain et cartographes participant au programme, et pourrait faire partie d’un cahier des charges contractuel.
Échelle et utilisation d’une carte
Il y a généralement une relation inverse entre le contenu en information (détail et limite de
résolution) d’une carte et le territoire qu’elle couvre. Les cartes qui représentent une vaste région contiennent habituellement une information généralisée, alors que celles qui couvrent une zone peu étendue contiennent ordinairement beaucoup de détails. On parle communément de cartes à échelle globale et à échelle fine respectivement, les cartes à
échelle intermédiaire se situant quelque part entre les deux.
Les échelles très globales sont plus susceptibles de correspondre à des programmes nationaux, et les échelles très fines à des levés spéciaux visant des biotes ou des paramètres d’habitat particuliers à des fins de surveillance. La plupart des activités de gestion de l’environnement et de planification de l’espace marin requièrent un assortiment de cartes d’habitats situés entre ces deux extrêmes. La réalisation de cartes à échelle
globale, intermédiaire et fine suppose des approches quelque peu différentes et constitue des éléments distincts au sein d’un programme de cartographie ou d’une campagne de levés, de sorte qu’il faut définir la portée du programme séparément pour chaque échelle.
Le processus de définition de la portée du programme a pour effet de déterminer le territoire à cartographier (étendue), l’échelle (p. ex. 1/250 000), la limite de résolution (plus
petite unité cartographique), la précision spatiale (p. ex. ± 50 m) et le degré d’exactitude des cartes, ainsi que le niveau de détail de classification des habitats. Il faut souvent faire un compromis quant à l’exactitude d’une carte (mesurée par le taux de succès à prédire la présence d’un habitat à un endroit donné), qui peut être plus grande à condition de décrire les habitats de manière plus générale, donc moins précise (p. ex. au niveau 3 plutôt que 4 de la typologie E
UNIS
).
La présente section vous guide dans le processus de définition de la portée d’un programme de cartographie, en résumant les points à considérer et à documenter dans un bref Rapport sur la portée du programme . Pour faciliter la prise de décisions, un outil interactif de « Définition de la portée du programme » est fourni sous forme d’une animation Flash
MD
, pour vous permettre de tester et d’évaluer divers scénarios avant de compléter le rapport sur la portée du programme.
2 - Que veut-on cartographier ? 77
2.1.1 - Le processus de définition de la portée du programme
Le processus de définition de la portée du programme comporte deux étapes. La première consiste en des consultations à un haut niveau, qui doivent absolument permettre de déterminer sans équivoque la finalité et les objectifs du programme de
cartographie. Tous les intervenants pertinents doivent participer à ces consultations, notamment ceux qui sont à l’origine du programme, ceux qui ont l’expérience de tels programmes, et ceux qui en utiliseront les résultats. Les consultations devraient porter entre autres sur :
– les besoins des utilisateurs des cartes, car ces besoins déterminent les principaux
éléments du programme ;
– les ressources nécessaires pour mener à bien le programme ;
– le temps raisonnable requis pour compléter le programme ;
– les imprévus auxquels on pourrait devoir faire face.
Cette première étape consiste essentiellement en une étude de faisabilité qui vise à déterminer s’il y a un équilibre raisonnable entre les produits souhaités d’une part, et le temps et les budgets disponibles d’autre part. Il peut être nécessaire de revoir les attentes en fonction des contraintes de temps et de budget, ou de rechercher des ressources supplémentaires pour répondre à des besoins cruciaux.
Après avoir défini la finalité et les objectifs généraux du programme de cartographie, on passe à la seconde étape, qui consiste à étudier la proposition plus en détail. Un programme de grande envergure peut devoir être scindé en plusieurs composantes, dont chacune porte sur une échelle et un type de carte différents (échelle globale,
intermédiaire ou fine). Ces composantes ont une finalité et des objectifs qui leur sont propres ; il faut donc en définir la portée séparément pour déterminer l’échelle, l’étendue, la limite de résolution et la précision spatiale des cartes, et par voie de conséquence les levés requis. Cet exercice peut mettre en lumière l’incompatibilité de certains critères : à titre d’exemple, il est inutile de demander une grande précision spatiale pour une carte à
échelle globale, et des cartes à faible résolution réalisées à partir de levés spécifiques de certains sites ne donneront pas beaucoup de détails pertinents. Cet exercice fournit en outre l’occasion d’évaluer la pertinence de divers outils et techniques de levé au regard de la nature du territoire à cartographier et des conditions environnementales dans lesquelles les levés sont susceptibles de se dérouler. Tout cela a des conséquences sur la stratégie de réalisation et les coûts des levés.
Toute anomalie importante constatée au cours de cette seconde étape devrait enclencher un processus itératif de consultation et de modification aboutissant à une proposition réaliste. Afin de rendre ce processus plus aisé, l’équipe du projet M
ESH
a mis au point un outil interactif de définition de la portée du programme (voir paragraphe 2.1.1.1), présenté plus loin, que l’on peut utiliser pour faciliter les consultations. Le résultat du processus de définition de la portée du programme doit être consigné dans un rapport formel sur la portée du programme, qui servira à la fois de cadre pour le programme de cartographie et de point de référence pour les étapes de planification à venir. La sous-section 2.1.2 « Le rapport sur la portée du programme » présente une structure suggérée d’un tel rapport.
Dans tout le processus de définition de la portée d’un programme, on emploie souvent les termes site, secteur et région pour exprimer différentes étendues de territoire, mais le manque de définition de ces termes peut conduire à des malentendus au cours des consultations et de la planification. M
ESH
propose donc les définitions ci-dessous et les inscrit dans une hiérarchie spatiale illustrée dans la figure ci-après. Un site est normalement un lieu précis d’intérêt, par exemple une plage ou une structure en mer
(p. ex. une zone de rejet) dont l’étendue peut atteindre 10 km
× 10 km (en général, aire comprise entre 1 et 100 km2). Un secteur est normalement plus grand qu’un site et a un
78 2 - Que veut-on cartographier ? certain contexte géographique local comme un estuaire ou un archipel, ou une structure
étendue en mer comme le banc de sable Dogger Bank ou le mont sous-marin Anton
Dohrn. Son étendue peut atteindre 100 km
× 100 km (en général, aire comprise entre 100 et 10 000 km2). Une région est une entité écologique encore plus grande, comme la
Manche orientale ou la mer d’Irlande, d’une aire normalement supérieure à 10 000 km
2
.
Ces définitions ne prétendent pas constituer des démarcations précises, mais plutôt une aide à la conceptualisation de différentes étendues de territoire pour des programmes de
cartographie. Ainsi, on envisagera la création de cartes à échelle globale pour résumer l’information portant sur une région ou un secteur, de cartes à échelle intermédiaire pour donner un certain niveau de détails sur la répartition des habitats dans un secteur ou un grand site, et de cartes à échelle fine pour donner une information détaillée sur la variété et l’emplacement des habitats présents dans un site.
Illustration des termes site, secteur et région employés dans le Guide M
ESH
pour désigner différentes
étendues de territoire (voir le texte). On montre ici la mer régionale correspondant à la Manche orientale (telle que définie dans M
ESH
), ainsi qu’un certain nombre de secteurs et de sites de différentes tailles.
2.1.1.1 - Outil de définition de la portée du programme
Pour vous aider à définir la portée du programme de cartographie, nous mettons à votre disposition un outil interactif sous forme d’une animation Flash
MD
. Servez-vous de cet outil séparément pour chaque composante du programme (échelle globale, intermédiaire et
fine), afin de produire votre rapport sur la portée du programme (voir sous-section 2.1.2).
L’outil interactif vous guide à l’aide d’une série de messages qui vous invitent à considérer les objectifs des levés, les facteurs qui affectent l’effort de levé nécessaire, ainsi que l’influence des conditions environnementales et de levé sur l’adéquation des divers outils qui peuvent être disponibles. Un tableau sommaire souligne une ou plusieurs stratégies possibles de réalisation de levés, accompagnées d’un commentaire fondé sur une analyse des choix que vous avez faits. Tout cela vise à assurer que chaque composante du programme de cartographie est bien équilibrée et que vous n’attendez ni trop ni trop peu des cartes ou des données qui pourraient résulter des levés. Si ce n’est pas le cas, vous pouvez revenir en arrière et essayer divers scénarios.
2 - Que veut-on cartographier ? 79
Très globale
Globale
Intermédiaire
Fine
Très fine
La première partie de l’outil examine la portée générale des levés ainsi que leurs objectifs et le type d’information requis. Cette partie couvre la gamme d’échelles illustrée par la figure Échelle et utilisation d’une carte à la section 2.1 « Définition de la portée du programme ».
La deuxième partie aborde les critères de cartographie susceptibles d’influer sur l’effort de levé nécessaire. Si les critères choisis ne concordent pas bien, l’outil le montre dans le graphique des discordances, vous invite à y réfléchir et le cas échéant à revoir vos choix,
à l’aide d’une question relative au problème de concordance détecté. Une indication de l’effort de levé nécessaire est donnée par la longueur de la barre bleue affichée au bas de l’écran.
80 2 - Que veut-on cartographier ?
Pour aider à comprendre les critères d’échelle et de limite de résolution d’une carte, imaginons d’une part une carte imprimée fixe (pour ce qui est de l’échelle), et d’autre part une carte électronique sur laquelle on peut faire un zoom (pour ce qui est de la limite de
résolution).
Le critère d’échelle d’une carte se rapporte à l’échelle d’une carte imprimée (ou d’une photographie). Il faut choisir une échelle qui permet de présenter de manière adéquate le type d’information choisie dans la partie précédente de l’outil (objectifs des levés). Le tableau Échelle
d’une carte et dimensions réelles montre pour différentes échelles la longueur en mètres représentée sur le terrain par un millimètre sur une carte.
Échelle d’une carte et dimensions réelles
Échelle Longueur représentéepar 1 mm sur la carte
1/10 000
1/50 000
1/100 000
1/500 000
1/1 000 000
10 m
50 m
100 m
500 m
1 km
Il y a une limite cartographique concernant la plus petite structure que l’on peut raisonnablement représenter sur papier, puisqu’il n’est pas pratique de dessiner (ou de lire) une structure qui fait moins de 9 mm
2
(un carré de 3 mm
× 3 mm) sur une carte. C’est ce que l’on appelle la plus petite unité cartographique. Lorsque l’on choisit l’échelle d’une
carte, il faut tenir compte de la plus petite structure que l’on souhaite représenter. Dans le
2 - Que veut-on cartographier ? 81 cas d’une échelle intermédiaire, ce peut être une île ou un rocher émergé de petite taille, dont les dimensions sont de l’ordre de 150 m. En adoptant une plus petite unité
cartographique de 3 mm
× 3 mm, chaque millimètre sur la carte représenterait 50 m sur le terrain, de sorte qu’une échelle adéquate serait de 1/50 000. Dans le cas d’une carte à
échelle fine montrant des structures telles que des bancs de moules dont les dimensions sont de l’ordre de 20 m, il faut une échelle de 20
× 1000 ÷ 3 = 1/6700 (c’est-à-dire une
échelle plus fine que 1/10 000). Par contre, dans le cas d’une carte à échelle globale montrant la présence ou l’absence d’une espèce dans des unités de 10 km
2
, une échelle de 1/1 000 000 (1 cm = 10 km) serait appropriée.
Pour ce qui est du critère de limite de résolution, pensez à une carte électronique sur laquelle on peut faire un zoom et aux dimensions réelles que vous souhaitez représenter par un pixel sur une carte maillée. Lorsque l’on fait un zoom avant sur une carte maillée
électronique, chaque pixel devient plus gros, et lorsque l’on fait un zoom arrière, chaque
pixel devient plus petit, mais les dimensions réelles représentées par un pixel ne changent pas. Si l’on choisit de représenter par un pixel un carré de 10 m de côté sur le terrain, peu importe le degré de zoom que l’on fait sur l’image, on n’arrivera jamais à distinguer des structures dont les dimensions sont inférieures à 10 m. Normalement, comme pour toute image faite de pixels, il faut plusieurs pixels adjacents semblables pour pouvoir y reconnaître la représentation d’une structure (comme dans le grain des anciennes photographies de journaux). Donc, à titre de règle empirique, dans une carte détaillée à échelle fine, chaque pixel devrait représenter un carré d’au plus 5 m de côté sur le terrain, et un groupe peut commencer à représenter une structure à partir de
10 pixels (voir aussi le chapitre 1 « Qu’est-ce que la cartographie des habitats ? »). Dans une carte à échelle globale, chaque pixel représente généralement un carré de plus de
500 m de côté sur le terrain.
Il est important non seulement de comprendre que l’échelle et la résolution sont des concepts distincts, mais aussi de saisir les liens entre les deux. Dans une carte maillée sous forme électronique, la résolution est indépendante de l’échelle. Lorsque l’on fait un zoom avant ou arrière, les pixels changent, mais non la limite de résolution. Par contre, en faisant imprimer une carte, on fixe la taille des pixels sur le papier, ce qui a pour effet de fixer à la fois l’échelle et la résolution de la carte. Supposons que l’on ait défini une carte
électronique de telle sorte que chaque pixel représente un carré de 5 m de côté sur le terrain. Si l’on fait imprimer la carte de manière à ce que chaque pixel couvre un carré de
0,5 mm de côté sur le papier, alors 1 mm sur le papier représente 10 m sur le terrain, et l’échelle de la carte imprimée est de 1/10 000. Par contre, si l’on fait imprimer la carte de manière à ce que chaque pixel couvre un carré de 1 mm de côté sur le papier, alors chaque millimètre sur le papier représente 5 m sur le terrain, et l’échelle de la carte imprimée est de 1/5000. Les deux cartes n’ont pas la même échelle, mais elles ont la même résolution.
Si un cartographe interprète une carte maillée en contourant des structures pour produire une carte au trait, la résolution de la carte au trait dépend de l’échelle ou de la taille des
pixels. Si les pixels sont plus petits que la plus petite unité cartographique, le cartographe peut contourer une zone de plusieurs pixels, mais ne peut rien dessiner de plus petit que la plus petite unité cartographique. Dans ce cas, la résolution de la carte au trait est limitée par l’échelle de la carte. Par contre, si les pixels sont plus grands que la plus petite
unité cartographique, le cartographe ne peut rien dessiner de plus petit qu’un pixel, et la
résolution de la carte est alors limitée par la taille des pixels.
Après l’échelle et la résolution, l’outil de définition de la portée du programme demande de considérer la précision spatiale (tolérance sur les positions), c’est-à-dire la précision avec laquelle on veut déterminer la position d’une structure sur la carte. Est-ce important d’avoir une grande précision et de représenter les structures sur la carte à moins de 5 m de leur position réelle ? De nos jours, cela est relativement facile dans le cas de levés sur le littoral effectués à l’aide d’un système de GPS (géopositionnement satellitaire)
82 2 - Que veut-on cartographier ? différentiel, mais ce peut être plus difficile lorsque les données sont acquises à l’aide d’instruments remorqués derrière un navire (p. ex. sonar à balayage latéral, caméra fixée sur un traîneau), où le GPS différentiel est à bord du navire et non sur l’instrument luimême. Dans ce dernier cas, on fait une estimation de la position par calcul trigonométrique (courbure du câble) ou prise en considération d’un décalage déterminé à l’aide de balises acoustiques fixées à l’instrument remorqué. Les données anciennes ont rarement la précision spatiale des données acquises au cours de levés récents ; au pire la position est estimée. Si vous spécifiez un niveau élevé de précision spatiale, vous risquez d’exclure une grande quantité de données précieuses, mais dont la précision spatiale est incertaine. Le choix de la précision spatiale doit être en accord avec la finalité de la carte ; il est évidemment exagéré de demander une grande précision spatiale dans le cas d’une
carte à échelle globale.
Le prochain élément qui a une influence sur l’effort de levé est le niveau d’exactitude des
classes d’habitat représentées sur la carte. Il ne s’agit pas du tout de la précision spatiale, mais plutôt de l’exactitude de la légende des habitats sur la carte. Veut-on qu’une certaine couleur (classe) représente un habitat unique dont on sait qu’il est présent, ou peut-elle représenter deux ou plusieurs habitats qui sont également susceptibles d’être présents dans cette zone ? Le niveau d’exactitude typologique voulu a des effets sur la répartition de l’effort entre d’une part la cartographie directe d’un territoire par observation ou prélèvements sur le terrain, et d’autre part la modélisation des habitats, qui consiste à prédire la présence d’habitats à partir de données intermédiaires telles que le type de sédiment, la profondeur, la salinité, etc., et des connaissances accumulées sur les types d’habitat susceptibles d’être présents dans des conditions données. Il a également des effets sur le nombre d’échantillons à obtenir et sur les ressources consacrées à la délimitation d’habitats distincts. Si en faisant des prélèvements le long d’une plage de sable de 1 km de long, on constate que le type d’habitat passe graduellement de A à B, est-il préférable de cartographier cette plage sous forme d’une seule zone dans laquelle le type d’habitat passe graduellement de A à B, ou d’essayer de la cartographier sous forme de deux zones dont l’une a un habitat de type A et l’autre de type B ?
Dans l’outil de définition de la portée du programme, les choix sont exprimés sous forme de la probabilité que l’affectation des classes d’habitat soit correcte. À titre d’exemple, le bouton 0.5/chance représente une probabilité de 50 % (ou 1 chance sur 2). Les levés à
échelle fine exigent généralement un haut niveau d’exactitude typologique et peuvent cibler des habitats particulièrement sensibles aux changements. Un tel niveau d’exactitude peut être nécessaire pour des sites précis, afin d’évaluer les impacts d’une activité locale, ou dans le cas de régions plus étendues, pour évaluer les effets des changements climatiques. De manière générale, la cartographie de territoires étendus repose en grande partie sur la modélisation des habitats, et une probabilité de 50 % d’une bonne affectation des habitats est acceptable. Sachant qu’un modèle peut compter des centaines de types d’habitat, une probabilité de 50 % de succès dans la prédiction du type d’habitat constitue un très bon résultat. Par comparaison, la probabilité de tirer un 6 avec un dé à 6 faces est de 1/6, soit 16,7 %.
L’exactitude typologique est une notion distincte du niveau de détail requis par les utilisateurs à propos des types d’habitat. Comme on l’a vu au chapitre précédent, E
UNIS est une typologie hiérarchique dans laquelle chaque niveau ajoute des détails sur les types d’habitat. Le niveau 3 de la typologie E
UNIS
est fondé uniquement sur des caractéristiques physiques et sur le concept d’étage ou zone biologique (littorale, circalittorale, etc.). Des taxons précis sont cités pour la première fois au niveau 4, où les principaux taxons de l'épifaune servent à distinguer les habitats rocheux. Par contre, pour les substrats meubles, les distinctions sont parfois encore fondées sur des caractéristiques physiques et les zones biologiques (voir le tableau ci-dessous). Au niveau 5, les distinctions sont fondées sur des caractéristiques physiques et biologiques des habitats, souvent avec la mention de noms d'espèces.
2 - Que veut-on cartographier ? 83
Exemples des niveaux 3, 4 et 5 de la typologie E
UNIS
Niveau
Code
E
UNIS
Description
Niveau 3 A1.1 High-energy littoral rock
Niveau 4
Niveau 5
Niveau 3
A1.11
A1.112
A5.4
Mytilus edulis and/or barnacle communities
Chthamalus spp. on exposed upper eulittoral rock
Sublittoral mixed sediments
Niveau 4
Niveau 5
A5.44
A5.441
Circalittoral mixed sediments
Cerianthus lloydii and other burrowing anemones in circalittoral muddy mixed sediment.
Dans l’outil de définition de la portée du programme, les niveaux de détail proposés sont ceux des niveaux 3 et 4 de la typologie E
UNIS
, ainsi qu’un niveau libellé « Local E
UNIS
», qui correspond à une typologie de type E
UNIS
établie à partir d’échantillons (classification ascendante), plutôt que d’imposer une classe E
UNIS
existante (classification descendante). Le choix du niveau de détail devrait correspondre au fait que les classes d’habitat seront fondées sur des données physiques seulement (« E
UNIS
3 »), sur des données physiques et biologiques (« E
UNIS
4 ») ou sur une typologie de type E
UNIS
établie à partir des données physiques et biologiques acquises dans une campagne d’échantillonnage (« Local E
UNIS
»). Le choix du niveau de détail se distingue de celui du niveau d’exactitude typologique par le fait que l’on choisit ici un contenu minimal d’information pour les classes d’habitat, et non une probabilité que l’affectation des
classes soit correcte ou non. Il y a toutefois un lien entre les deux, car la probabilité d’affecter correctement une classe à une structure est plus élevée dans le cas d’une
classe générale telle que « High-energy littoral rock » que dans le cas d’une classe détaillée comme « Mytilus edulis and/or barnacle communities ».
Le dernier élément dans cette partie de l’outil de définition de la portée du programme concerne la physiographie, c’est-à-dire la nature du fond marin représenté sur la carte. Si le fond est très diversifié, sa physiographie est complexe et il faut choisir l’option
« Complex » si l’on souhaite que cette diversité soit représentée sur la carte. Par contre, on peut choisir « Simple » pour simplifier la représentation de la physiographie du fond marin. Ce choix repose sur les connaissances préalables dont on dispose à propos du territoire à cartographier et est fondé sur la finalité et les objectifs du programme de
cartographie. À titre d’exemple, un territoire diversifié sur le plan géologique et ayant beaucoup de relief a une physiographie complexe et exige un effort de levé considérable, alors qu’une zone étendue de substrat plat et sableux a une physiographie simple.
84 2 - Que veut-on cartographier ?
La troisième partie de l’outil de définition de la portée du programme concerne les conditions probables des levés, environnementales ou autres. À mesure que l’utilisateur règle les barres des divers paramètres, l’outil de définition de la portée du programme indique le degré d’adéquation d’une gamme d’outils et de techniques de levé. Pour plus de détails, voir le paragraphe 2.3.2.2 « Adéquation des outils de levé ».
2 - Que veut-on cartographier ? 85
La dernière partie de l’outil de définition de la portée du programme constitue un sommaire qui rappelle la finalité et les objectifs du programme, et énumère les outils les plus appropriés. Il propose une ou plusieurs stratégies possibles en indiquant le niveau relatif d’effort associé à la stratégie sélectionnée. Des commentaires donnent de précieux conseils sur la manière de procéder. Un bouton sert à faire imprimer ce sommaire.
L’outil de définition de la portée du programme ne prétend pas fournir de réponse définitive, mais se veut plutôt un guide de réflexion sur la portée d’un programme de
cartographie et sur ce qu’il est réaliste d’accomplir pour chacune des composantes à
échelle globale, intermédiaire et fine. Cet outil favorise la tenue de discussions ciblées au cours des consultations et permet d’envisager un certain nombre de scénarios possibles.
2.1.2 - Le rapport sur la portée du programme
L’exemple ci-dessous présente une structure suggérée d’un rapport sur la portée d’un programme de cartographie. Ce rapport doit être complété par les sorties imprimées produites par l’ outil de définition de la portée du programme (voir paragraphe 2.1.1.1) pour chaque composante du programme de cartographie.
Vous devriez remplir le rapport sur la portée du programme à mesure que vous en définissez la portée, afin de consigner la finalité et les objectifs du programme ainsi que ses composantes. Ce rapport sert de cadre pour le programme de cartographie et donne de l’information pertinente à tous ceux qui participeront à la planification et à l’exécution des travaux.
Rapport sur la portée d’un programme de cartographie
Finalité du programme (que s’agit-il de faire ?)
Fournir un ensemble de cartes d’habitats à différentes échelles couvrant le territoire au large des côtes de la Manche orientale.
Objectifs du programme (pourquoi en a-t-on besoin ?)
Fournir de l’information à l’appui des politiques régionales de gestion pour la conservation et l’utilisation durable des ressources marines.
Contexte
De nouvelles ressources en granulats marins ont été découvertes au large des côtes de la Manche orientale. L’exploitation de ces ressources est réglementée sous licence. Des études de ce territoire sont nécessaires pour établir la réglementation.
Composante à échelle globale
Finalité
Critères de cartographie
Aire des levés : 5000 km
2
Montrer la répartition des principaux habitats dans la partie de la Manche orientale qui englobe les zones de licences d’exploitation possibles.
Objectifs
Échelle : 1/1 000 000
Taille des pixels : 0.4kmx0.4km
Fournir un contexte spatial et écologique plus large pour les études à échelle intermédiaire et à échelle fine.
Type d’information
Précision spatiale :
± 500 m
Exactitude des
classes d’habitat :
Faible
Modèles de répartition des habitats.
Niveau de détail des habitats
Niveaux 3 et
4 d’E
UNIS
Environnement et circonstances
Milieu entièrement salin. Courants de marée de modérés à forts. Turbidité moyenne. Profondeur de 20 à 70 m. Nombreux couloirs de navigation (mouvements restreints). Pêche au chalut ou filet dérivant dans certaines zones.
86 2 - Que veut-on cartographier ?
Composante à échelle intermédiaire
Finalité
Indiquer la répartition des habitats à l’intérieur et à proximité de 11 zones de licences d’exploitation possibles.
Objectifs
Fournir un inventaire spatial régional des habitats afin de compléter l’évaluation environnementale régionale.
Type d’information
Critères de cartographie
Aire des levés : 1000 km
2
Échelle : 1/25 000
Taille des pixels : 5 m x 5 m
Précision spatiale :
Exactitude des
classes d’habitat :
± 5 m
Moyenne
Inventaire et répartition des habitats.
Niveau de détail des habitats
Niveaux 4 et
5 d’E
UNIS
Environnement et circonstances
Milieu entièrement salin. Courants de marée de modérés à forts. Turbidité moyenne. Profondeur de 40 à 60 m. Nombreux couloirs de navigation (mouvements restreints). Pêche au chalut ou filet dérivant dans certaines zones.
Composante à échelle fine
Finalité
Critères de cartographie
Aire des levés : 50 km
2
Montrer la répartition détaillée des habitats à l’intérieur de l’une des zones de licences d’exploitation possibles.
Objectifs
Échelle : 1/5000
Taille des pixels : 2 m x 2 m
Constituer une étude de base à l’appui d’une évaluation d’impact environnemental et d’un programme à venir de
surveillance de cette zone.
Type d’information
Précision spatiale :
Exactitude des
classes d’habitat :
± 2 m
Élevée
Répartition, frontières et composition des habitats importants.
Niveau de détail des habitats
Niveau 5 d’E
UNIS
Environnement et circonstances
Milieu entièrement salin. Courants de marée de modérés à forts. Turbidité moyenne. Profondeur de 40 à 60 m. Longe un couloir de navigation. Pêche au chalut.
Exemple de rapport sur la portée d’un programme selon le projet M
ESH
Un formulaire de ce rapport (en anglais) et quatre exemples sont fournis dans des fichiers de documents distincts, référencés en fin de chapitre.
Lorsque l’étape de définition de la portée du programme est complétée, toutes les parties consultées sont à même de comprendre clairement :
– la finalité et les objectifs de l’ensemble du programme ;
– le type d’information dont les utilisateurs des cartes auront besoin ;
– l’éventuel besoin de subdiviser le programme en composantes distinctes qui fourniront des contenus d’information différents ;
– le contenu d’information précis requis pour chaque composante du programme ;
– les critères précis de cartographie pour chaque composante du programme.
Une fois tout cela bien établi, la prochaine étape du processus de planification consiste à déterminer quelles parties de l’information et des données peuvent provenir d’études antérieures, et lesquelles exigeront de nouveaux levés. C’est ce que l’on aborde dans la section 2.2 « Détermination de l'information manquante ».
2 - Que veut-on cartographier ? 87
2.2 - Détermination de l'information manquante
L’étape de définition de la portée du programme donne une indication des types d’information à présenter dans les cartes. La prochaine étape du processus de planification consiste à évaluer quelles données sont nécessaires pour obtenir cette
information et jusqu’à quel point ces données sont déjà disponibles à un niveau de qualité adéquat. Les lacunes (données manquantes ou non satisfaisantes) devront être comblées par de nouveaux levés ou par l’utilisation de modèles. Une analyse exhaustive de l’existant afin de déterminer l’information manquante peut s’avérer cruciale pour connaître le coût total du programme de cartographie et la fiabilité que l’on pourra attendre des
cartes finales produites.
Une carte d’habitats constitue une interprétation d’un ensemble composite de données, dont certaines résultent de mesures ou d’observations directes, alors que d’autres peuvent être déduites d’un modèle (p. ex. prévisions des marées).
Exemple de couches multiples de données utilisées pour réaliser une carte de l’archipel de Glénan, en
Bretagne
Les besoins du programme en matière de données dépendent principalement des critères employés pour distinguer les habitats, par exemple la salinité, le type de sédiment et les espèces présentes. Les typologies ne font pas toutes appel aux mêmes critères, et il faut comprendre dès le départ quelles données sont requises selon la typologie retenue. Les
88 2 - Que veut-on cartographier ?
typologies hiérarchiques telles qu’E
UNIS
utilisent des critères différents selon le niveau de la hiérarchie, de sorte que certaines données sont fondamentales quel que soit le niveau de la hiérarchie (p. ex. pour les cartes à échelle globale), alors que d’autres ne sont nécessaires qu’aux niveaux détaillés (pour les cartes à échelle fine).
L’analyse de l'existant (voir sous-section 2.2.1) se fait au bureau et doit consister en une
évaluation critique de la disponibilité, de la qualité, du degré de couverture et de la compatibilité des données existantes. En effet, l’intégrité des cartes risque d’être gravement compromise si l’un de ces éléments est jugé adéquat alors que ce n’est pas le cas en réalité. Cette évaluation se fait à l’aide de catalogues modernes de métadonnées, comme celui fourni par le projet M
ESH
, qui indiquent en détail quelles données ont été acquises, à quel moment, à quel endroit, de quelle manière, pour quelles raisons (quoi ? quand ? où ? comment ? pourquoi ?) et, élément important, qui en est propriétaire.
Des cartes existantes peuvent servir d’intermédiaires valables pour certains types d’information, mais il faut procéder à des vérifications afin de comprendre dans quelle mesure ces interprétations de données antérieures sont applicables à la réalisation de nouvelles cartes d’habitats. Il faut examiner attentivement les données antérieures ellesmêmes afin de s’assurer qu’elles répondent aux besoins du programme de cartographie en cours ; si ce n’est pas le cas, il peut être nécessaire de traiter, traduire, transposer ou tronquer ces données avant de pouvoir les utiliser.
Le Guide M
ESH
aborde ces questions en profondeur et fournit un tableau sommaire servant à consigner les résultats de l’analyse de l’existant. Cela permet de mettre en
évidence les données manquantes et d’indiquer les données qui doivent être acquises au cours de nouveaux levés ou déduites par modélisation.
Liens vers d’autres parties de ce chapitre
La sous-section « Analyse de l'existant » (ci-après) contient plus de détails sur les méthodes et les résultats de la détermination de l’information manquante. Cette analyse est suivie de la définition des levés à effectuer (voir section 2.2).
2.2.1 - Analyse de l'existant
L’analyse de l’existant vise à déterminer les besoins en matière de données qui peuvent
être comblés par des données existantes et ceux pour lesquels il faudra procéder à de nouveaux levés. L’achat de données et l’acquisition de données par de nouveaux levés risquent d’entraîner des coûts importants. L’analyse de l’existant est donc susceptible de jouer un rôle crucial pour établir l’ampleur du budget d’un programme de cartographie.
La première étape de l’analyse de l’existant consiste à aborder de manière détaillée la question « Quels types de données sont nécessaires ? ». Les réponses à cette question ne sont jamais simples ni tranchées. Si l’on prépare une carte selon une typologie des
habitats existante, il faut comprendre à fond le fonctionnement de cette typologie pour définir les types de données qu’elle exige. Différentes typologies décrivent et caractérisent les habitats de diverses manières et peuvent faire appel à des types de données ou d’information différents. Certains des critères employés pour distinguer les classes d’habitat ne sont pas toujours directement mesurables. C’est le cas par exemple du degré d’exposition sur un littoral (p. ex. « modérément exposé » ou « abrité ») ou du zonage biologique (p. ex. sublittoral, infralittoral, circalittoral). D’autres critères, par exemple le type de sédiment, peuvent être décrits en termes plutôt généraux (p. ex. « sédiment grossier ») et donc ne pas exiger une partie des analyses détaillées et coûteuses qui sont plus habituelles dans un contexte autre que celui de la cartographie des habitats. Dans plusieurs typologies hiérarchiques comme E
UNIS
ou la typologie BioMar du Royaume-Uni
(Connor et al., 2004), les niveaux supérieurs sont entièrement liés à des caractéristiques physiques. Un inventaire détaillé des espèces n’est donc pas nécessairement obligatoire si l’on n’utilise pas tous les niveaux de la hiérarchie. Le chapitre 1 « Qu’est-ce que la
2 - Que veut-on cartographier ? 89 cartographie des habitats ? » contient de plus amples renseignements sur la typologie
E
UNIS
. D’autre part, les données spécifiquement requises par la typologie E
UNIS
sont abordées plus loin dans ce chapitre, au paragraphe 2.2.1.1 « Quelles données la typologie
E
UNIS
utilise-t-elle ? ». Si vous n’avez pas à utiliser l’« approche descendante », dans laquelle une typologie existante est imposée, vous devrez réfléchir à la nature et à la qualité des données dont vous aurez besoin pour suivre l’« approche ascendante » de l’identification et de la classification des habitats.
La deuxième étape de l’analyse de l’existant consiste à rechercher des données existantes qui répondent aux besoins. Il faut ici tenir compte de la disponibilité, de la qualité et du degré de couverture des données. Ce n’est pas parce que des données existent qu’elles sont facilement accessibles. Les catalogues en ligne constituent un bon point de départ d’une recherche sur la disponibilité des données (voir paragraphe
2.2.1.2) : qui en est propriétaire, comment on peut y avoir accès et à quel coût. Les catalogues de métadonnées permettent également d’avoir une idée de la qualité des données (voir paragraphe 2.2.1.3), car ils indiquent généralement si elles ont été acquises conformément à une norme nationale ou internationale. Cela aide à déterminer si ces données sont susceptibles de répondre aux exigences du programme de cartographie. Si cela n’est pas clair, il est possible d’acquérir un échantillon des données afin d’en évaluer la qualité.
Lorsque l’on utilise plusieurs jeux de données, il ne faut pas oublier de considérer la compatibilité des données (voir paragraphe 2.2.1.4), acquises le cas échéant à l’aide d’instruments différents ou selon des normes et protocoles différents. Il est courant de voir des divergences de taxinomie et de nomenclature entre deux jeux de données biologiques. Il faut donc vérifier l’existence de pseudonymes et établir si des listes d’espèces peuvent être directement fusionnées ou si leur harmonisation exige une certaine forme de traduction ou de réduction à un niveau taxinomique supérieur. On peut
être forcé de rejeter des données disponibles parce qu’elles ne répondent pas aux normes de qualité voulues ou parce qu’elles ne sont pas compatibles avec d’autres données qui, elles, sont utilisables. De tels rejets mettent en évidence des lacunes qu’il faudra combler par de nouveaux levés ou par la modélisation de données.
En supposant que les données disponibles soient de qualité appropriée, il faut en outre déterminer jusqu’à quel point elles couvrent le territoire à cartographier. L’évaluation du degré de couverture des données (voir paragraphe 2.2.1.5) doit porter à la fois sur l’étendue géographique et sur la densité des données disponibles. Souvent, on arrive à visualiser ces éléments en représentant les couches de données disponibles, les fauchées et les points de prélèvement dans un SIG. Évidemment, lorsque les levés existants ne couvrent pas tout le territoire à cartographier, il y a une lacune (des données manquantes) qu’il faut combler. D’autre part, dans les levés existants, la densité des données peut être insuffisante pour répondre aux besoins du programme de
cartographie ; si les points de prélèvement ou les fauchées des levés sont trop éloignés les uns des autres pour que la carte puisse être tracée à la résolution voulue, il faut peut-
être alors faire un échantillonnage ou des levés supplémentaires.
90 2 - Que veut-on cartographier ?
Sommaire d’analyse de l’existant — Zone X de la Manche
Renseignements sur le territoire à cartographier : 10 km
× 15 km. Profondeur de 20 à 70 m.
Milieu entièrement salin. Sédiments non consolidés, affleurements rocheux possibles. Cartes des sédiments benthiques et cartes géologiques disponibles, de même que certaines données bathymétriques numériques acquises par sondage monofaisceau.
Types de données
Les données sontelles adéquates ?
Faut-il de nouvelles données ?
Qualité Couverture Levés Modèle
Données sur le relief
Topographie (altitude)
Bathymétrie (profondeur)
Données géologiques
Non
Oui En partie OK Non En partie
Oui
Oui
Oui
Oui
Épaisseur des sédiments
Types de sédiment ou de substrat
Figures sédimentaires
Granulométrie (analyse de la taille des grains)
Propriétés géotechniques
Données biologiques
Non
Oui
Oui
En partie
En partie
Oui Non
OK Non
Non
Endofaune
Épifaune et épiflore
Faune structurelle (récifs)
Oui Oui Non
Oui
Oui
En partie
Non
OK
Données physiques et océanographiques
Température Non
Médiocre
En partie
En partie
Oui
En partie
Pénétration de la lumière
Exposition aux vagues
Non
Non
Salinité Oui
Niveau de base des vagues Oui Modèle OK OK
Marées et courants
Tensions de cisaillement
Oui
Oui
Modèle
Modèle
OK OK
OK Non Oui Oui
Turbidité Oui
Exemple de tableau sommaire des résultats d’une étude au bureau et d’une analyse de l’existant portant sur la disponibilité et l’adéquation des données en vue de la cartographie d’une partie hypothétique de la
Manche
2 - Que veut-on cartographier ? 91
L’analyse de l’existant doit s’attarder aux limites inhérentes à l’utilisation de couches de données interprétées telles qu’une carte de sédiments benthiques (voir paragraphe
2.2.1.6 « Limites relatives aux données »). Ces interprétations peuvent constituer des
intermédiaires utiles pour un programme de cartographie des habitats, mais il est important de comprendre la nature des données sous-jacentes et l’objectif de l’interprétation initiale, car ils correspondent rarement aux besoins précis de la
cartographie des habitats. Les cartes existantes constituent peut-être la meilleure
information disponible ; il ne faut donc pas les écarter, mais plutôt les utiliser avec les précautions voulues. L’analyse de l’existant doit porter sur la qualité et la provenance des interprétations de données existantes ainsi que sur la pertinence de leur utilisation dans le programme de cartographie.
La dernière étape de l’analyse de l’existant est la production d’un rapport rassemblant l’information essentielle, pour le bénéfice de tous les participants à la planification et à l’exécution du programme de cartographie. Ce rapport doit couvrir de manière systématique toutes les composantes du programme de cartographie (à échelle globale,
intermédiaire et fine). Il gagne beaucoup à être enrichi d’un espace de travail de SIG montrant les métadonnées disponibles (et le cas échéant des couches de données et interprétations). La présentation du rapport doit être très détaillée et variera probablement d’un projet à l’autre. Un aperçu de l’analyse de l’existant et un rappel du territoire à cartographier peuvent y figurer sous forme d’un tableau, comme dans l’exemple ci-après d’un sommaire d’analyse de l’existant (voir aussi le document Gap analysis pro forma.doc
). Certains renseignements sur le territoire à cartographier sont suivis d’une liste des divers types de données couramment employés dans les programmes de
cartographie. Une fois rempli, ce tableau montre quelles données seront nécessaires, quels jeux de données existants sont disponibles (en totalité ou en partie), ainsi qu’une appréciation de leur qualité et du degré de couverture. Pour les données manquantes, le tableau indique si leur acquisition se fera par des levés ou si elles seront déduites d’un
modèle.
L’étude de cas sur l’archipel de Glénan présente les détails d’un programme de
cartographie d’une zone de petit fond sur les côtes de Bretagne, en France. Le chapitre 2 de ce document contient un exemple du processus de compilation de couches de données existantes afin de déterminer les lacunes à combler à l’aide de nouveaux levés.
2.2.1.1 - Quelles données la typologie E
UNIS
utilise-t-elle ?
La typologie E
UNIS
fait appel à une variété de critères pour caractériser et distinguer les types d’habitat. Pour pouvoir répondre à la question « Quelles données la typologie E
UNIS
typologie.
1. La typologie E
UNIS
couvre les habitats terrestres et marins, et leur affecte un code alphanumérique tel que « A3.54 ». Tous les habitats marins ont un code commençant par la lettre « A », alors que les lettres « B » à « J » sont réservées à divers types d’habitat terrestres. Les habitats marins sont répartis en huit catégories, de « A1 » à
« A8 ». Il y a six niveaux hiérarchiques de classification des habitats marins. « A » représente le niveau 1, et « A1 » à « A8 » le niveau 2. Le code « A3.54 », qui comporte
4 caractères alphanumériques, est un code de niveau 4.
2. Dans le cas des habitats marins, la typologie E
UNIS
utilise ses propres critères pour caractériser et distinguer les habitats jusqu’au niveau 4, mais au-delà (niveaux 5 et 6), les critères sont tirés d’autres typologies et combinés dans un cadre commun. La plus utilisée de ces autres typologies est la typologie des habitats marins de Grande-
Bretagne et d'Irlande, version 04.05 (Connor et al. , 2004), aussi connue sous le nom de typologie « MNCR BioMar ». Des typologies relatives à la Baltique et à la
92 2 - Que veut-on cartographier ?
Méditerranée sont également employées, mais elles sont moins pertinentes dans le territoire couvert par le projet M
ESH
.
Donc, pour répondre à la question « Quelles données la typologie E
UNIS
utilise-t-elle ? », il faut se rapporter aux typologies E
UNIS
et BioMar.
Connor et al. (2004) résument clairement les caractéristiques couramment utilisées pour définir et distinguer les types d’habitat : « la salinité, l’exposition aux vagues, les courants de marée, le substrat, la zone biologique, l’altitude ou la profondeur, et le cas échéant d’autres facteurs essentiels pour un type particulier ». Ils expliquent que, « dans le cas des habitats rocheux, les biotopes sont liés à des niveaux d’énergie hydrodynamique, alors que pour les habitats sédimentaires, ils sont liés au type de sédiment selon une biologiques vont des formes de vie caractéristiques (p. ex. touffe d’Hydraires, prairie de
Laminaires) à une « liste des espèces qui contribuent le plus à la similarité d’ensemble des échantillons principaux qui définissent le type d’habitat, avec pour chaque espèce des données connexes sur sa fréquence, sa contribution à la similarité dans la liste des caractéristiques, ainsi que son abondance habituelle ».
L’utilisation de ces caractéristiques et d’autres éléments dans les niveaux 1 à 4 de la
typologie E
UNIS
est présentée dans le guide de la typologie E
UNIS
, aux pages 13 à 27 du document E
UNIS
Habitat Classification Revised 2004.pdf.
Trois brefs tableaux de Connor et al. (2004), contenus dans le document MNCR 04 05 introduction.pdf
, constituent une bonne introduction aux données utilisées par E
UNIS
et aux raisons pour lesquelles on les utilise :
– le tableau 1, sur les facteurs environnementaux qui ont des effets sur la structure des
biocénoses (pages 13 à 15) ;
– le tableau 4, sur la justification des subdivisions majeures adoptées dans la grille principale des habitats (niveaux 2 et 3 de la typologie E
UNIS
) (pages 23 et 24) ;
– le tableau 5, sur les zones biologiques marines et les facteurs qui les déterminent
(page 25).
Pour une compréhension plus approfondie, il est conseillé de lire en entier le contenu des deux fichiers mentionnés ci-dessus, ainsi que la section « Quelles typologies sont disponibles ? » (p. 30) du chapitre 1 « Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? »
2.2.1.2 - Disponibilité des données
De nombreux catalogues et inventaires en ligne permettent de rechercher des données existantes sur des études marines européennes. Les quelques exemples qui suivent ne constituent pas une liste exhaustive des ressources disponibles.
Il faut savoir qu’en Europe l’accès à de telles données n’est généralement pas immédiat, car ceux qui ont recueilli ces données peuvent en avoir la propriété intellectuelle. Selon les cas, il est possible d’acheter ces données ou d’y accéder dans le cadre d’une licence annuelle d’utilisation. L’utilisation des données fait souvent l’objet de restrictions afin de protéger les droits de propriété intellectuelle et de veiller à ce que le détenteur d’une licence ne transmette pas à des tiers les données sous forme brute ou même comme une
couche de données interprétées. Il est conseillé d’examiner très attentivement les conditions d’utilisation de tout jeu de données avant d’en faire l’achat. Il faut aussi être conscient que des données « gratuites » n’offrent pas nécessairement de garantie de qualité. Dans tous les cas cependant, les métadonnées (c’est-à-dire l’information sur les données) devraient être accessibles gratuitement.
Nous conseillons de commencer par le catalogue des métadonnées de M
ESH
sur les
études de cartographie du fond de la mer, qui résulte d’une initiative du projet M
ESH
visant
à compiler et à harmoniser les cartes d’habitats existantes. Sous forme d’une base de
2 - Que veut-on cartographier ? 93 données interrogeable, ce catalogue énumère des centaines de cartes ou jeux de données, et il est relié au site du
SIG webGIS de M
ESH
, qui contient les cartes et indique les limites des jeux de données.
Le portail OceanNET donne accès à trois groupes de travail du Royaume-Uni, pilotés par l’IACMST (Inter-Agency Committee on Marine Science and Technology –Comité interagences sur les sciences et techniques de la mer), qui œuvrent dans des domaines de pointe des sciences de la mer. Ces groupes de travail sont le GOOSAG (Global Ocean
Observing System Action Group – Groupe d’action sur un système global d’observation des océans), le MEDAG (Marine Environmental Data Action Group – Groupe d’action sur les données de l’environnement marin) et le MDIP (Marine Data and Information
Partnership – Partenariat pour les données et l’information sur le monde marin). Le MDIP travaille à la mise sur pied d’un réseau de centres d’archives qui agira comme référentiel de toutes les données marines du Royaume-Uni. À l’heure actuelle (en 2007), ces centres comprennent le BODC (
British Oceanographic Data Centre
- Centre britannique de données océanographiques), l’UKHO (
United Kingdom Hydrographic Office
- Bureau hydrographique du Royaume-Uni) et le DASSH (
Data Archive for Seabed Species and
Habitats
- Centre d’archives sur les espèces et habitats benthiques).
À l’échelon européen, la Commission européenne soutient le site Web Sea-Search , qui donne « accès aux données et à l’information océanographiques et marines en Europe », et notamment aux centres, réseaux et jeux de données, ainsi qu’aux organismes du monde marin.
Des organismes spécialisés peuvent également fournir des catalogues de leurs propres données (citons par exemple la British Geological Survey – Commission géologique britannique, le Cefas , l’ IFREMER et le CIEM ). C’est le cas également de certains groupes d’intérêt spécialisés, par exemple dans le secteur du pétrole et des granulats marins.
Des renseignements sur des jeux de données à échelle très globale sont accessibles par l’intermédiaire d’organismes internationaux tels que le Global Change Master Directory to
Earth Science and services (Répertoire général du changement global sur les sciences et les services de la terre) ou la Commission océanographique intergouvernementale de l’UNESCO, qui héberge l’ Échange international des données et de l'information océanographiques , réseau mondial de services formé d’agences nationales désignées, de centres nationaux de données océanographiques, de centres de données océanographiques nationaux responsables et de centres mondiaux de données océanographiques. Ce site fournit la liste des coordonnateurs nationaux en matière de gestion de données océanographiques et de gestion de l'information maritime .
Pour certains programmes de cartographie, la disponibilité de cartes existantes
ou de données modélisées est particulièrement intéressante, qu’elles soient sous forme d’images matricielles ou de données vectorielles. Des données sur les types de sédiment, la bathymétrie et les tensions de cisaillement (énergie hydrodynamique) sont souvent nécessaires et sont brièvement abordées ci-après.
Des cartes des sédiments, généralement fondées sur la typologie de Folk, sont souvent publiées par des commissions géologiques nationales, ou parfois par des bureaux d’hydrographie ou des universités. Certains organismes comme la Commission géologique britannique rendent leurs cartes des sédiments marins disponibles sous forme numérique afin qu’elles puissent être facilement incorporées dans des systèmes
d’information géographique. Ces cartes peuvent être achetées en ligne. Il est possible que certaines cartes soient (ou deviennent) périmées, mais que des quantités considérables de nouvelles données soient disponibles. Il faut prendre le temps d’évaluer la qualité et l’utilité des couches sédimentaires interprétées et des données sur lesquelles ces cartes sont fondées. La cartographie de substrats rocheux est souvent inadéquate si elle est fondée en grande partie sur les données de prélèvements ponctuels (à la benne, par carottage). Pour faire une modélisation, il faut travailler à partir des données
94 2 - Que veut-on cartographier ? quantitatives originales sur les sédiments plutôt que sur des cartes interprétées. Lorsque des données originales sont disponibles, le choix de la variable utilisée pour la modélisation dépend largement de la portée et de la densité des données sur le territoire
étudié. Dans le cas de jeux de données antérieurs, il se peut que les données originales soient perdues et que seuls des descripteurs univariés aient été consignés, auquel cas la taille médiane des grains est probablement le paramètre le plus souvent rapporté.
Les données bathymétriques sont généralement disponibles auprès des bureaux hydrographiques nationaux, et les sondages originaux sont habituellement accessibles
(moyennant paiement). La résolution des données brutes varie selon la complexité du fond marin. Si des données sont requises pour un vaste territoire, il peut être nécessaire de communiquer avec plusieurs bureaux hydrographiques, et la compilation des données devient alors très complexe si celles-ci se présentent sous différents formats, sont référencées par rapport à des ellipsoïdes et des niveaux de référence différents. Parmi les données bathymétriques compilées disponibles (moyennant paiement), mentionnons la
GEBCO (
GEneral Bathymetric Chart of the Oceans
– Carte bathymétrique générale des océans) du British Oceanographic Data Centre (Centre britannique de données océanographiques) et DigBath250 , jeu de données bathymétriques vectorielles des eaux du Royaume-Uni et des eaux européennes adjacentes, produit par la Commission géologique britannique (sondages originaux compilés au 1/250 000).
Les données sur l’énergie hydrodynamique (tensions de cisaillement, courants de fond) sont surtout disponibles auprès d’organismes actifs dans le domaine des modèles hydrodynamiques et des modèles de transport de sédiments, tels que le laboratoire océanographique Proudman . Certains organismes privés ou universités qui travaillent dans ce domaine peuvent également avoir des données disponibles. (voir le Répertoire européen des organisations maritimes dans le site Web Sea-Search .
2.2.1.3 - Qualité des données
La qualité des données existantes peut constituer une difficulté majeure, car jusqu’à récemment on a souvent négligé de consigner des métadonnées. On prend souvent pour acquis que les données antérieures sont correctes, alors que l’on n’a aucun moyen de savoir si elles ont été acquises, traitées ou interprétées de manière adéquate. Les
métadonnées
sont des « données à propos de données ». Elles indiquent entre autres comment les données ont été acquises et traitées, et sont donc essentielles pour le contrôle de la qualité des jeux de données existants.
Il est important d’évaluer la qualité des données existantes avant de les utiliser dans un programme de cartographie, car cela a des conséquences directes sur la fiabilité des
cartes obtenues. La qualité des données doit atteindre au moins le niveau stipulé dans le rapport sur la portée du programme. Par exemple, si la précision spatiale des données est de ± 50 m, ces données pourront servir à la réalisation de cartes à échelle globale ou
intermédiaire, mais non de cartes à échelle fine.
Il existe des normes de qualité reconnues pour certains types de données. Les données bathymétriques sont couvertes par les normes de l’Organisation hydrographique internationale (OHI) relatives aux levés hydrographiques (ordres « Spécial », « 1 », « 2 » et « 3 » de l’OHI), qui portent sur la précision de la position et de la profondeur ainsi que sur la densité des données. Dans un article sur les normes internationales en matière de levés hydrographiques (fichier IHO survey standards.pdf
), Mills (1998) résume de manière abordable et très instructive le concept de confiance et les sources d’erreur. Nous traduisons ici ce passage, car les notions qu’il aborde sont utiles pour toute réflexion sur la qualité des données.
« Il faut aborder brièvement les erreurs de mesure afin de comprendre la signification du niveau de confiance de 95 % prescrit pour l’exactitude des positions et des profondeurs dans les nouvelles normes. Une erreur est la différence entre une valeur mesurée et la
2 - Que veut-on cartographier ? 95 valeur réelle. Elle est soit due à une bévue, soit systématique, ou encore aléatoire. Les bévues sont généralement des erreurs importantes dues à l’inattention ou au manque de compétence de l’observateur. Les erreurs systématiques obéissent à des règles physiques qui permettent de les prévoir. Les erreurs aléatoires sont généralement de petites erreurs dues aux limites des appareils et des processus de mesure ; leur valeur peut être aussi bien positive que négative et est régie par les lois de la probabilité. Il faut
éliminer les bévues par la mise sur pied de procédures adéquates de vérification ; on suppose qu’elles sont absentes dans les données de levés hydrographiques de qualité.
Les erreurs systématiques sont mesurées ou modélisées à l’aide de techniques d’étalonnage, et doivent être supprimées des données des levés avant leur évaluation au regard des normes de l’OHI. Les erreurs aléatoires résultent de l’impossibilité de mesurer parfaitement une quantité quelconque ou de produire un modèle parfait des erreurs systématiques. »
Il existe des normes de qualité pour de nombreux types de données, et il est normal que les professionnels, les chercheurs et les opérateurs connaissent les normes pertinentes dans leur domaine quant à l’acquisition, au traitement, à l’analyse et à l’enregistrement des données.
Il est donc conseillé de faire évaluer par une « personne compétente »
la qualité des données disponibles.
Il arrive parfois qu’aucune norme spécifique n’existe. C’est le cas par exemple dans le domaine de l’identification des taxons en biologie. L’évaluation de la qualité des données doit donc reposer sur d’autres critères, comme ceux de l’utilisation par un laboratoire d’un système reconnu d’assurance qualité, par exemple le NMBACQ (National Marine
Biological Analytical Quality Control scheme – système national analytique d’assurance qualité en biologie marine) du Royaume-Uni, ou par un expert reconnu par ses pairs.
Comme les données cartographiées appartiennent à la catégorie générale de l’« information géographique », il faut également connaître l’existence de l’Organisation internationale de normalisation (ISO), et plus précisément de son Comité technique 211
(ISO/CT 211), qui se consacre à l’élaboration et à la mise en œuvre de normes relatives à l’information géographique et à la géomatique. Les normes de l’ISO sont connues par leur numéro, et la série ISO 19100 porte sur l’information géographique. La récente norme
ISO19115, qui concerne les métadonnées géographiques, est assez obscure pour les non-experts. Heureusement, cette norme a souvent été interprétée par des organismes nationaux, qui l’ont présentée sous une forme simplifiée et plus conviviale pour les personnes qui doivent l’appliquer.
2.2.1.4 - Compatibilité des données
Un autre facteur à prendre en considération est celui de la compatibilité entre jeux de données existants. Une recherche de données permet souvent de trouver plusieurs sources de données de types semblables, mais il se peut que les métadonnées révèlent que ces jeux de données ne sont pas compatibles, car les données n’ont pas été acquises de la même manière d’une étude à l’autre. C’est ce qu’illustre l’exemple fictif suivant.
Exemple : Deux études A et B ont consisté à effectuer des sondages acoustiques à balayage latéral dans deux zones adjacentes. Les métadonnées montrent que ces deux études ont fait appel à des appareils différents, que les données sur la position n’ont pas été déterminées de la même manière, et que le traitement a été effectué à l’aide de logiciels différents. Même si les résultats des deux études sont valables, l’étude A a donné une image d’une résolution et d’une précision spatiale meilleures que l’étude B.
Par conséquent, les interprétations initiales des données de ces deux études ne seront probablement pas entièrement compatibles, car l’étude A montre des structures à échelle
fine, ce qui n’est pas le cas de l’étude B.
96 2 - Que veut-on cartographier ?
Dans une telle situation, une première possibilité consiste à harmoniser les interprétations ; pour ce faire, on interprète à nouveau les données à haute résolution en utilisant uniquement les catégories de structure identifiées dans les données à faible
résolution (l’inverse est impossible). Il peut être souhaitable de traiter à nouveau les données à haute résolution avec le logiciel utilisé à l’origine pour les données à faible
résolution. Si le programme de cartographie exige des données à haute résolution, une autre possibilité est de refaire des levés de la zone B à l’aide du système à haute
résolution employé pour la zone A.
Métadonnées
Marque et modèle
Fréquence (kHz)
Vitesse de remorquage (nœuds)
Altitude au-dessus du fond (m)
Position déduite par
Logiciel de traitement
Étude A
Benthos SIS 1624
400
3
6
Suivi acoustique
Caris
Étude B
Edgetech 4200 FS1500
120
6
15
Calcul de l’écart
ISIS
Métadonnées
relatives à deux sondages acoustiques à balayage latéral (études fictives), illustrant la possible incompatibilité des données
Il faut évaluer avec soin la compatibilité de jeux de données semblables avant de les combiner ou de les soumettre à une forme d’interprétation commune. Même si, d’après les métadonnées, les deux jeux de données semblent compatibles, il faut examiner attentivement les données elles-mêmes afin de détecter des différences qui pourraient ne pas apparaître dans les métadonnées. Dans le cas de la faune en particulier, des incohérences taxinomiques peuvent devoir être résolues avant que l’on regroupe les données. L’évolution de la taxinomie et la précision avec laquelle les taxons sont identifiés constituent deux causes fréquentes d’incohérence.
Dans ce cas, il est généralement conseillé de rechercher des manières d’harmoniser des jeux de données en apparence incompatibles, car cela est probablement moins coûteux que de repartir à zéro et d’acquérir de nouvelles données. L’harmonisation requiert certaines transformations ou manipulations des données afin qu’elles respectent une norme commune. Il ne faut pas oublier que les données doivent être adaptées à leur finalité, en l’occurrence la cartographie des habitats, et que certaines normes, par exemple les normes de l’OHI en matière de levés hydrographiques, se situent parfois bien au-delà de vos besoins.
2.2.1.5 - Degré de couverture des données
L’avènement de systèmes d’information géographique (SIG) a grandement amélioré notre capacité à évaluer rapidement la couverture spatiale des nombreux jeux de données nécessaires pour réaliser une carte d’habitats benthiques. Dans le cadre d’une étude au bureau ou d’une analyse de l’existant, il est conseillé d’élaborer un SIG capable de montrer l’emplacement et l’étendue des données existantes. Cela met en lumière les lacunes, tant sur le plan de l’étendue géographique que sur celui de la densité de couverture.
Le simple tracé des limites des levés existants risque de donner une fausse impression du degré de couverture et de la densité des données. Il est donc conseillé de représenter la position des échantillonnages et des fauchées, qui sont susceptibles de mettre en
évidence les zones où la densité des données est médiocre.
L’exemple qui suit est extrait de la phase de planification d’un programme de cartographie des habitats en Manche orientale (James et al., 2007), qui portait sur un territoire d’environ 5000 km
2
. L’un des objectifs principaux de ce programme consistait à situer
2 - Que veut-on cartographier ? 97 dans un contexte spatial plus vaste une évaluation environnementale régionale de zones potentielles d’extraction de granulats marins. La figure montre la grille de levés prévue, en relation avec les lieux d’échantillonnage (points jaunes) effectués dans le cadre de l’évaluation environnementale et avec les zones potentielles d’exploitation de granulats marins (polygones rouges). Il apparaît clairement que, dans le nouveau projet, les efforts de levé devraient se situer à l’extérieur de la partie centrale du territoire.
Graphique fourni par un SIG lors d’une analyse de l’existant pour un programme de cartographie dans la Manche orientale
D’autre part, comme l’espace de travail du SIG s’avérera précieux pour les étapes ultérieures du processus de planification portant sur les stratégies des levés et les plans de campagne, il devrait faire partie du rapport sur l’analyse de l’existant.
2.2.1.6 - Limites relatives aux données
Au cours de l’analyse de l’existant, il est important de reconnaître et de mettre en
évidence les limites potentielles des données et des interprétations existantes, afin d’assurer une utilisation appropriée de ces ressources. Il est souvent tentant d’accepter des interprétations qui semblent fournir l’information voulue en négligeant d’évaluer comment ces interprétations ont été déduites et la nature des études sur lesquelles elles reposent.
Un exemple en est un programme en cours dans la Manche centrale visant à cartographier l’emplacement et l’étendue des habitats de type « récifs rocheux » de l’Annexe I, qui comprennent les affleurements rocheux et les récifs de blocs ou de gros cailloutis. Dans l’une des zones de levés ciblées, la carte des sédiments benthiques indiquait la présence de petits affleurements rocheux éparpillés près d’une zone étendue de graviers. Un sondage multifaisceaux couvrant en totalité une partie de cette zone (voir la figure ci-après) a révélé que celle-ci était beaucoup plus complexe et variée que prévu, avec de grands affleurements rocheux témoignant de vestiges de bassins versants.
Un réexamen de la carte des sédiments benthiques a montré que les points d’échantillonnage originaux se situaient en grande partie à l’extérieur de la zone couverte par les levés acoustiques. Cela illustre le danger d’utiliser une interprétation indépendamment des données dont elle est issue, y compris l’information sur le contexte temporel. Des cartes géologiques et des cartes du Quaternaire peuvent également s’avérer précieuses, car elles indiquent souvent jusqu’à quel point la roche sous-jacente est proche de la surface du fond marin.
98 2 - Que veut-on cartographier ?
Image d’un sondage multifaisceaux effectué dans la Manche, superposée à une carte des sédiments benthiques (partie du bas). L’image du haut montre la partie qui a fait l’objet du sondage multifaisceaux (rectangle rouge) par rapport à la zone plus vaste couverte par la carte des sédiments.
Partie d’une carte au 1/250 000 de la
Commission géologique britannique montrant la position des points d’échantillonnage qui ont servi à tracer les frontières entre les types de sédiment benthique
La principale leçon à tirer de cet exemple est d’examiner attentivement les données et interprétations existantes, afin de bien comprendre leurs limites si l’on compte les utiliser pour un programme de cartographie.
2.3 - Définition des levés à effectuer
Si l’analyse de l’existant montre le besoin d’acquérir des données par de nouveaux levés, la prochaine étape du processus de planification consiste à établir un cahier des charges des levés en question. Il faut pour cela avoir certaines connaissances sur les différentes stratégies de réalisation des levés et sur les outils d’échantillonnage disponibles.
D’une manière générale, la réalisation de levés fait intervenir la télédétection et des techniques d’échantillonnage direct. Les moyens de télédétection assurent une couverture d’une zone d’un littoral ou du fond de la mer, mais employés seuls ils ne permettent habituellement pas de détecter des habitats. Ils permettent plutôt de subdiviser le territoire couvert en un certain nombre de zones représentant différents types de terrain. Les techniques d’échantillonnage direct fournissent les données physiques et biologiques relatives à un certain nombre de points. Ces données sont nécessaires à l’identification et à la classification des habitats. Il est possible de produire des cartes d’habitats seulement par échantillonnage direct, mais cela exige un programme intense d’échantillonnage pour obtenir la couverture spatiale nécessaire. Au lieu de cela, il est
2 - Que veut-on cartographier ? 99 plus efficace et rentable d’utiliser une combinaison des deux techniques, en ciblant l’échantillonnage direct sur différents types de terrain. On obtient ainsi une couverture totale et des données de terrain stratifiées que l’on peut ensuite intégrer et interpréter pour produire une carte. L’équipe du projet M
ESH
recommande le recours à la stratégie de
échantillonnage représentatif du territoire à cartographier.
Stratégie de base de la réalisation de levés. Les données acquises par télédétection et par
échantillonnage direct sur le terrain alimenteront la phase d’intégration et d’interprétation du processus de cartographie.
La télédétection et les campagnes de terrain font appel à une gamme de technologies, d’instruments et de dispositifs, dont certains fournissent plusieurs types différents de données (ou d’échantillons) alors que d’autres n’en donnent qu’un. Les techniques de télédétection optique (p. ex. imagerie satellitaire, photographie aérienne et lidar) sont efficaces sur le littoral et dans les eaux claires peu profondes. Les levés à bord de navires utilisent un ensemble de techniques acoustiques pour produire des images du fond. Les systèmes à haute fréquence comme les sondeurs multifaisceaux et le sonar à balayage latéral donnent des plans-images de la surface du fond, alors que les systèmes à basse fréquence (p. ex. les profileurs du sous-sol du fond) pénètrent le fond et donnent des profils des couches de sédiments et des strates rocheuses. Les campagnes de terrain menées sur le littoral favorisent l’observation directe, alors que celles menées à bord de navires reposent plutôt sur des prélèvements à la benne, des chaluts et l’observation à distance (caméras vidéo et appareils photographiques). La méthode de levé dépend de la combinaison d’outils et de techniques choisie (ou disponible). Nous résumons les capacités et les limites de diverses catégories de techniques de télédétection et de travail de terrain. L’outil interactif de définition de la portée du programme permet à l’utilisateur de voir le degré d’adéquation de ces techniques sous différentes conditions du milieu. Le chapitre 3 « Comment se fait l’acquisition des données ? » suggère des lignes directrices concernant l’exploitation des divers outils d’échantillonnage.
Cette étape du processus de planification devrait porter sur la stratégie de réalisation des levés, en tant que plan d’action général visant à répondre aux besoins. Il faut définir le type et la quantité de télédétection nécessaires. Grâce à leur rapidité, les techniques
100 2 - Que veut-on cartographier ? aériennes permettent habituellement de couvrir entièrement le littoral et les zones intertidales de petit fond. Par contre, les levés à partir de navires sont souvent limités par des considérations de temps et de coûts, de sorte qu’il faut choisir entre une couverture totale d’une petite zone ou une couverture partielle d’un plus grand territoire. Une couverture inférieure à 100 % se traduit automatiquement par l’incapacité à réaliser des
cartes à haute résolution, mais on peut produire des cartes à résolution plus faible avec divers degrés de fiabilité, à l’aide de techniques d’interpolation ou de levés à couverture partielle. Une stratégie de levés « imbriqués » combine une couverture partielle d’un grand territoire et une couverture plus détaillée de certaines zones présentant un intérêt particulier.
Exemple de levé à couverture partielle (à gauche) et de carte produite par interpolation (à droite). Le territoire faisant l’objet du levé a une largeur d’environ 20 km.
La stratégie de la campagne de terrain dépend de la finalité de la carte et du niveau de
fiabilité requis. On a le choix de prélever un ou plusieurs échantillons de chaque zone distincte vue par télédétection, ou seulement de chaque type de terrain. On peut
également avoir besoin de stratifier davantage l’échantillonnage pour tenir compte de facteurs écologiques, par exemple le cycle d’immersion et d’émersion des estrans ou la profondeur et le gradient de turbidité en eau profonde.
Le résultat de cette étape du processus de planification devrait être un cahier des charges des levés décrivant en détail les objectifs des levés et donnant les grandes lignes des stratégies et de l’ordonnancement du travail. Le cahier des charges doit être suffisamment détaillé pour permettre à ceux qui proposent les levés d’en faire une estimation des coûts en vue de solliciter un financement ou de lancer des appels d’offres. Le plan de campagne détaillé des levés fait généralement l’objet d’un accord à un stade ultérieur et peut contenir des éléments assujettis aux résultats des premières phases des travaux.
Une fois le financement assuré et un accord sur la portée du travail conclu, il est courant de revoir en détail la campagne de télédétection et la campagne de terrain pour s’assurer que la conception des levés répond de manière optimale aux objectifs du programme.
2.3.1 - Stratégie de base de la réalisation de levés
La télédétection et l’échantillonnage sur le terrain procurent tous deux de l’information pertinente pour la cartographie des habitats. On peut en principe recourir à l’un ou à l’autre, ou à une combinaison des deux. L’équipe du projet M
ESH
recommande de recourir
à une combinaison des deux, et dans un ordre déterminé : la télédétection d’abord, suivie d’une campagne de terrain. Pour vous aider à comprendre pourquoi nous recommandons cette stratégie de base, ainsi que les conséquences pour votre programme de
cartographie si vous devez adopter une approche différente, nous passons en revue les quatre options possibles.
2 - Que veut-on cartographier ? 101
Télédétection seule – Cette stratégie donne une bonne couverture spatiale qui permet de segmenter le territoire en divers « types de terrain », mais il faut un travail d’interprétation ou de terrain pour identifier à quoi correspond chaque type. Certaines techniques de télédétection fournissent des images interprétables dans lesquelles des types de terrain sont directement identifiables à partir de la « signature » caractéristique du substrat ou de la structure (p. ex. herbier de phanérogames marines dans le cas de la photographie aérienne, ou rides de sable dans le cas du sonar à balayage latéral), mais d’autres résultats peuvent représenter un mélange de types d’habitat, car le capteur est incapable de distinguer différents substrats, par exemple le sable et la vase. Les données de télédétection sont généralement dépourvues d’information sur la composante biologique des habitats et limitent de ce fait les détails que l’on peut inclure dans la description et la classification des habitats. Employée seule, la télédétection est probablement l’option la moins coûteuse, au prix toutefois d’une information réduite dans le rendu cartographique.
Campagne de terrain seule – Cette stratégie fournit de l’information sur les composantes physique et biologique des habitats, mais le seul recours à des techniques d’échantillonnage sur le terrain n’est généralement pas suffisant pour délimiter avec
exactitude les frontières des habitats. La campagne de terrain n’est pas conçue à partir de connaissances préalables des caractéristiques du fond (types de sédiment et figures
sédimentaires), et doit donc être menée sur la base d’une grille ou d’une stratification des profondeurs. L’échantillonnage se fait généralement à une très petite échelle (p. ex. prélèvements à la benne sur 0,1 m
2
, vidéo sur des sections de 200 m de long), de sorte que l’échantillonnage doit être intense pour que toutes les zones soient couvertes de manière adéquate et égale. Le coût de programmes d’échantillonnage aussi intenses est généralement prohibitif (sauf pour de très petites zones).
Télédétection suivie d’une campagne de terrain – Il s’agit de l’approche optimale des levés pour la cartographie des habitats. La télédétection permet de segmenter le territoire en types de terrain, dont chacun peut ensuite être ciblé afin que l’échantillonnage réalisé sur le terrain soit représentatif. Le tableau complet des habitats se déduit par la suite en associant les données de télédétection et celles de la campagne de terrain, par analyse
empirique, interprétation directe ou modélisation (voir le chapitre 4 « Comment réalise-ton une carte ? »). La combinaison dans cet ordre des deux types de levés s’avère l’option la moins coûteuse pour obtenir des cartes donnant de l’information physique et biologique sur les habitats.
Campagne de terrain suivie de télédétection – Cette technique est plus efficace que le recours à une seule des deux méthodes, mais l’incapacité d’orienter la campagne de terrain vers des structures connues du fond ou vers différents types de terrain empêche de profiter pleinement des synergies potentielles entre les deux types de techniques.
L’intensité de l’échantillonnage doit demeurer élevée pour assurer une couverture égale de toutes les zones. Cette stratégie peut donc s’avérer l’option la plus coûteuse.
Recommandation
L’équipe du projet M
ESH
recommande fortement le recours à la troisième des approches ci-dessus, à savoir la télédétection suivie d’une campagne de terrain, qui a fait ses preuves comme méthode la plus efficace et la plus rentable de production de
cartes d’habitats ayant un niveau acceptable de fiabilité et d’exactitude.
Après avoir choisi une stratégie de base de la réalisation de levés, il faut examiner la gamme d’outils et techniques d'échantillonnage (voir sous-section 2.3.2) disponibles et choisir ceux qui sont les plus à même de fournir les données et l’information à acquérir d’après les résultats de l’analyse de l’existant.
102 2 - Que veut-on cartographier ?
2.3.2 - Outils et techniques d’échantillonnage
Les opérateurs de terrain ont à leur disposition une variété de technologies d’échantillonnage de divers aspects de l’environnement. Les outils de télédétection, qui comprennent les technologies optiques, le radar, le sonar et les technologies sismographiques, sont complétés par des techniques de prélèvement telles que le prélèvement à la benne et le carottage, et par des techniques d’observation comme la vidéo et la photographie. Chaque technologie comporte divers outils conçus pour fonctionner dans certaines conditions ou à des fins légèrement différentes (p. ex. caméras fixées sur un traîneau ou sur un bâti vertical, et véhicules téléguidés munis de caméras vidéo). Pour rédiger le cahier des charges des levés, il faut avoir une certaine connaissance de la gamme d’outils disponibles et des données qu’ils peuvent fournir, et savoir dans quelle mesure ils sont adaptés à une utilisation dans les conditions de levé prévisibles.
Dans cette sous-section, nous passons brièvement en revue divers outils et techniques, afin de comparer leurs possibilités et leurs limites. Cela vous aidera à choisir un ensemble de techniques appropriées qui seront énumérées dans le cahier des charges des levés. Une version agrandie des trois fiches récapitulatives, ci-après, est accessible dans le dossier des documents (fichier Technique selection v2.ppt
). Une description plus détaillée de chaque technique est donnée dans la recension M
ESH
des normes et protocoles pour la cartographie des habitats benthiques, contenue dans le fichier M
ESH
_Standards_&_Protocols_2nd
Edition_26-2-07.pdf
.
2.3.2.1 Techniques de télédétection
Les techniques de télédétection les plus souvent employées pour la cartographie des
habitats marins se répartissent en deux catégories :
– les techniques aériennes (satellitaires ou aéroportées) pour les estrans et les zones de petit fond (profondeur maximale de 10 m en eau claire) ;
– les techniques acoustiques pour les zones de petit fond et de plus grand fond du domaine subtidal. On peut les utiliser pour les estrans à marée haute, mais cela n’est pas habituel, car les risques de dommages sont plus élevés.
Techniques aériennes
Pour les estrans et les zones de petit fond, on peut cartographier la répartition spatiale des faciès benthiques (c’est-à-dire des différents types de terrain) à partir d’images satellitaires et de campagnes aériennes. D’autre part, le relief peut être déterminé à l’aide d’un lidar (instrument laser fixé sur un avion) ou par stéréophotographie aérienne.
Techniques acoustiques
Les techniques acoustiques peuvent donner de l’information sur les caractéristiques superficielles et subsuperficielles du fond marin. Pour la cartographie des habitats marins, ce sont habituellement la surface et les 50 premiers centimètres du fond qui sont les plus intéressants, car c’est là où vivent la majorité des espèces. Les sonars à balayage latéral, multifaisceaux et à interféromètre captent le long du fond des fauchées que l’on assemble pour construire des images à haute résolution sur lesquelles il est possible de reconnaître certains sédiments et figures sédimentaires directement cartographiables. Les
échosondeurs monofaisceau captent une série de points le long du fond et, par l’intermédiaire d’un système acoustique de classification automatique des natures de fonds (SACLAF), peuvent construire des images matricielles à faible résolution qui subdivisent le territoire levé en divers types de terrain. Certaines techniques sont meilleures pour cartographier la répartition spatiale des faciès, alors que d’autres conviennent mieux à la cartographie du relief. D’autres encore permettent de faire les
2 - Que veut-on cartographier ? 103 deux. Les appareils à basse fréquence sont conçus pour sonder le fond sous la surface afin de montrer l’épaisseur des diverses couches de sédiments.
Les techniques sismographiques de télédétection sont considérées comme un cas particulier en cartographie des habitats marins. On les emploie souvent en géologie pour montrer des profils dans la croûte terrestre, et elles sont utiles pour la cartographie des
habitats lorsqu’elles enregistrent des structures à la surface ou près de la surface du fond.
Leur résolution est bien moindre que celle des moyens acoustiques, mais l’information qu’elles procurent peut fournir des indications supplémentaires permettant d’interpréter la nature du fond marin, notamment dans de vastes territoires ou dans les zones de grand fond du plateau continental, où les techniques acoustiques ne sont pas toujours vraiment utiles.
2.3.2.2 Techniques de terrain
techniques d’observation et les techniques de prélèvement. Les levés du littoral et des zones de petit fond tendent à reposer en grande partie sur l’observation humaine, même si des prélèvements sont nécessaires pour obtenir des données quantitatives. En eau profonde, on peut fixer des caméras sur différents dispositifs pour observer le fond, mais l’échantillonnage repose en grande partie sur des appareils qui prélèvent des échantillons des sédiments, de l’endofaune et de l’épifaune. Ces échantillons sont ensuite traités et analysés pour fournir la plupart des données physiques et biologiques nécessaires à la
classification des habitats. Les dispositifs de prélèvement ne sont généralement efficaces que sur des sédiments non consolidés, de sorte que dans les zones rocheuses on se fie davantage aux moyens vidéo et photographiques.
104 2 - Que veut-on cartographier ?
2 - Que veut-on cartographier ? 105
106 2 - Que veut-on cartographier ?
2 - Que veut-on cartographier ? 107
2.3.2.3 Variété d’outils et de techniques
Les techniques de télédétection, d’observation et de prélèvement se subdivisent en une variété d’outils conçus et mis au point pour des applications précises ou pour procurer un rendement optimal dans des conditions données. Le tableau ci-après mentionne certains des outils les plus utilisés en cartographie des habitats marins. Une description plus détaillée de ces outils figure dans la recension M
ESH
des normes et protocoles pour la
cartographie des habitats benthiques, contenue dans le fichier
ESH
_ Standards_
&_Protocols_2nd Edition_26-2-07.pdf
. Pour chaque technique, ce fichier donne une description des principes généraux de fonctionnement, et énumère les différents systèmes disponibles et leurs applications. Lors de la planification d’une campagne de levés ou de la rédaction d’un cahier des charges, il faut savoir que des systèmes variés existent, et consulter un spécialiste susceptible de vous recommander les outils les plus appropriés en fonction des besoins.
Technique
Télédétection aérienne
Variété d’outils pour diverses techniques
Variations
Photographie aérienne Photographie oblique ou ortho-rectifiée
Imagerie numérique aéroportée
Imagerie satellitaire
Lidar
Techniques acoustiques
Panchromatique, multi- ou hyperspectrale
Panchromatique, multi- ou hyperspectrale
Topographique, hydrographique
Sondeur multifaisceaux
Sondeur monofaisceau
Sonar à balayage latéral
Sonar à interféromètre
Gamme de fréquences, modèles optimisés pour diverses fourchettes de profondeur
Gamme de fréquences, fréquence simple ou double
Analogique ou numérique, gamme de fréquences, fréquence simple ou double, modulation de fréquence (compresseur d’impulsions)
Gamme de fréquences, fréquence simple ou double
Système acoustique de
classification automatique des natures de fonds
Analyse de la force du signal ou de la forme de l’onde
Profileur du sous-sol du fond
Fréquence simple ou modulation de fréquence (compresseur d’impulsions), étinceleur et boomer
Techniques de prélèvement ou d’échantillonnage
Prélèvements à la benne
Carottage
Hamon, Day, Smith-McIntyre, Van Veen, Shipek,
Carottier-boîte, Nioz, Vibrocore, carottage multiple
Dragage
Vidéo et photographie
Drague à huîtres, drague à coquilles St-Jacques, Naturalist,
Rallier du Batty, drague à roches, drague à ancre
Caméras remorquées ou fixées sur un bâti vertical, véhicules téléguidés
108 2 - Que veut-on cartographier ?
2.3.2.4 Adéquation des techniques
Le choix des techniques de levé à employer doit dépendre non seulement de leurs capacités de captage ou d’échantillonnage, mais aussi de leur adaptation aux conditions de levé prévues. Même les techniques d’échantillonnage les plus éprouvées ont leurs limites techniques et logistiques. Les prélèvements à la benne sont inefficaces sur des substrats rocheux, les techniques optiques sont affectées par la turbidité de l’eau, les scaphandriers ne travaillent normalement pas à plus de 30 m de profondeur. Par conséquent, selon les circonstances, ce ne sont pas les mêmes combinaisons d’outils de télédétection et d’échantillonnage qui sont appropriées. L’outil interactif de définition de la portée du programme présenté au paragraphe 2.1.1.1 « Définition de la portée du programme » comporte une partie qui vous permet de vérifier l’adéquation de ces techniques sous différentes conditions du milieu. L’utilisation de cette partie de l’outil de définition de la portée du programme est expliquée en détail au paragraphe 2.3.2.2
« Adéquation des outils de levé ».
Voici enfin les éléments à considérer dans le choix final d’un ensemble d’outils de télédétection et d’échantillonnage sur le terrain pour effectuer des levés dans le cadre d’un programme de cartographie des habitats :
– les capacités et les limites des divers outils et techniques ;
– la combinaison optimale d’outils nécessaire pour fournir l’information requise ;
– l’adéquation des outils aux conditions prévues des levés.
Les deux premiers éléments ont été abordés précédemment, et l’on s’intéresse ici au troisième. Les conditions des levés concernent la nature du territoire et les conditions du milieu aux sites des opérations de levé. À chaque outil correspondent des conditions précises de fonctionnement, et ces conditions sont plus critiques pour certains outils que pour d’autres.
Dans le cas par exemple des techniques de vidéo sous-marine, chacune a des limites critiques qui déterminent laquelle employer. Les véhicules téléguidés ont une capacité limitée à se mouvoir à l’encontre de courants même modérés, de sorte que l’on peut préférer des caméras remorquées ou fixées sur un bâti vertical pour bénéficier d’une
« fenêtre opérationnelle » plus grande dans les eaux soumises à la marée. Les caméras remorquées sur des traîneaux ne sont pas appropriées pour des terrains rugueux ou rocheux, et l’on préférera dans ce cas utiliser des véhicules téléguidés ou des caméras fixées sur un bâti vertical. Parmi toutes ces techniques, les caméras fixées sur un bâti vertical sont les plus difficiles à utiliser dans des conditions de houle modérée, car les mouvements du navire les font monter et descendre par rapport au fond, ce qui rend difficile le maintien d’une altitude optimale. La turbidité de l’eau affecte tous les outils vidéo. Il faut donc éviter les périodes de turbidité accrue de l’eau, par exemple les
éclosions (« blooms ») annuelles de phytoplancton et les pointes quotidiennes des courants de marée.
Ces commentaires montrent que de nombreux facteurs doivent être pris en considération pour le choix d’outils d’échantillonnage. Si vous revenez à l’outil de définition de la portée du programme (voir le document Scoping Tool.swf
), vous verrez que les conditions des levés sont traitées sous l’onglet
Environmental, comme le montre la figure ci-après.
2 - Que veut-on cartographier ? 109
Des techniques d’échantillonnage sont énumérées à droite, et la partie centrale sert à indiquer quelles pourraient être les conditions des levés. Chaque technique reçoit une cote, représentée par une couleur, qui indique jusqu’à quel point elle est adéquate dans les conditions indiquées. Si l’on déplace les témoins dans les barres pour représenter des conditions différentes, l’outil change les couleurs dans la partie droite en fonction de l’adéquation de chaque technique aux nouvelles conditions indiquées. Une technique est affichée comme partiellement adéquate (« partly suitable ») si au moins l’une des bornes supérieure et inférieure de l’une des conditions est en dehors de la fourchette acceptable.
Une technique est affichée comme inadéquate (« not suitable ») si les deux bornes supérieure et inférieure de l’une des conditions sont à l’extérieur et du même côté de la fourchette acceptable (voir ci-après).
110 2 - Que veut-on cartographier ?
Dans cette partie de l’application interactive, il faut surtout faire attention aux techniques affichées comme inadéquates (en rouge). Il est normal que des techniques soient jugées adéquates (en vert) ou partiellement adéquates (en jaune) Évidemment, certains facteurs n’ont aucun effet sur l’adéquation de certaines techniques (par exemple, la turbidité de l’eau n’a aucun effet sur l’adéquation des prélèvements à la benne).
2.3.3 - Stratégie de réalisation de levés par télédétection
Les principales questions de stratégie à considérer pour les levés par télédétection concernent les outils à utiliser et la couverture totale ou partielle du territoire. d’échantillonnage », les types de données et d’information obtenus varient selon les instruments de télédétection, de sorte qu’il faut choisir ces derniers en fonction des besoins d’information mis en lumière par l’analyse de l’existant. À ce stade de la planification, on indique habituellement quelle technique (ou combinaison de techniques) de télédétection sera employée, car cela a des conséquences importantes sur la stratégie de réalisation de levés par télédétection.
Levé à l’aide d’une combinaison de lidar et d’imagerie numérique aérienne
© Terra Imaging
Dans le cas de la photographie aérienne ou satellitaire, la stratégie implicite est de rechercher une couverture totale puisque la largeur de fauchée de ces techniques est généralement supérieure à la largeur du littoral exposé. Dans le cas des lidars topographique et hydrographique, la stratégie implicite est également celle d’une couverture totale, car l’objectif visé est d’élaborer un modèle numérique de terrain (MNT) montrant la topographie de la zone de levé. Le levé est effectué par une série de fauchées parallèles, et toute zone non couverte se traduirait par des lacunes dans le
modèle. La largeur de fauchée du lidar est réglable jusqu’à un certain point, une fauchée plus large couvrant plus de terrain à une résolution moindre.
Les levés de zones de petit fond mettent à contribution une combinaison de techniques de télédétection aériennes et acoustiques, et les questions de stratégie ont trait à la moins grande efficacité des techniques aériennes lorsque la profondeur ou la turbidité de l’eau augmentent. Les techniques acoustiques ne sont pas affectées par la turbidité de l’eau, de sorte que l’on peut s’en servir pour compléter les levés, à condition que la profondeur de l’eau soit suffisante (sinon il est difficile d’y recourir en pratique). Ces questions sont abordées plus en détail au paragraphe 2.3.3.1 « Télédétection en zone de petit fond » à l’aide de deux études de cas. Pour réaliser un MNT, il faut choisir des techniques aériennes et acoustiques qui donnent la position en trois dimensions (X, Y, Z). Il faut aussi
2 - Que veut-on cartographier ? 111 s’assurer que les techniques employées utilisent le même système géodésique (p. ex. latitude, longitude, WGS84) et que les deux jeux de données sont calés sur un même niveau de référence (de profondeur nulle) avant leur fusion.
La question du degré de couverture (totale ou partielle) a énormément d’importance dans le cas des levés acoustiques, qui s’effectuent eux aussi par un ensemble de fauchées parallèles afin d’obtenir une couverture totale du territoire. L’image ci-après résultant d’un sondage multifaisceaux d’une partie de la Manche centrale illustre ce point. On peut cartographier les détails de la partie supérieure, où la couverture est totale, mais dans la partie inférieure, où la couverture est partielle, seules les grandes structures qui s’étendent au-delà des zones non couvertes sont cartographiables. Ce sont des questions de temps et de coûts qui incitent à faire une couverture partielle plutôt que totale.
Image de la Manche centrale produite par sondage multifaisceaux, qui montre une couverture totale et partielle d’une zone d’affleurements rocheux faillés coupée par une paléovallée orientée dans la direction nord-sud. Les lignes de la grille correspondent à des intervalles de 0,5 degré (~0,5 mille marin).
Une couverture totale est obligatoire pour produire des cartes à échelle fine, et c’est la plus valable dans les zones fortement hétérogènes. Elle peut ne pas être nécessaire pour cartographier des structures à une échelle plus globale ou dans les zones où le substrat est très homogène (p. ex. une grande plaine sableuse). Dans ces derniers cas, on arrive
à obtenir une couverture « quasi-totale » à partir d’une couverture partielle en interpolant
à l’œil entre les fauchées comme on l’a vue plus haut. Il n’est pas rare d’interpoler sur plus de deux fois la largeur de fauchée (couverture d’environ 33 %). Des levés partiels de grands territoires (des milliers de kilomètres carrés) sont réalisables selon une stratégie de « corridors », qui consiste en une couverture totale de corridors d’une largeur de 1 km espacés de 5 à 10 km. Il s’agit d’un type de levés imbriqués, qui permet de reconnaître des structures à échelle fine ou intermédiaire dans les corridors et à cartographier les structures à échelle globale sur tout le territoire. Pour plus de détails à ce sujet, voir paragraphe 2.3.3.2 « Levés acoustiques à couverture partielle ».
112 2 - Que veut-on cartographier ?
Il faut savoir que, dans le cas de capteurs de coque, par exemple les sondeurs multifaisceaux et les SACLAF, la largeur de fauchée augmente avec la profondeur de l’eau, alors que dans le cas de systèmes remorqués maintenus à une altitude constante au-dessus du fond, la largeur de fauchée est constante (voir l’illustration). Par conséquent, les systèmes remorqués donnent une couverture plus grande dans les zones de petit fond, et les systèmes de coque dans les eaux plus profondes. Cela peut avoir des effets sur le choix du système acoustique et sur la rentabilité des levés. Si les conditions le permettent, il est conseillé de faire fonctionner simultanément plusieurs systèmes acoustiques, qui fournissent des types de données complémentaires. Il faut attendre l’étape d’optimisation de la télédétection pour déterminer l’espacement entre les fauchées, mais le cahier des charges des levés doit indiquer le type de capteur acoustique à utiliser ainsi que le caractère total ou partiel de la couverture voulue.
Effet d’une augmentation de la profondeur de l’eau sur la largeur de fauchée de systèmes acoustiques de coque (sondeur multifaisceaux et SACLAF) et remorqués (sonar à balayage latéral)
On peut considérer que les systèmes acoustiques de classification automatique des natures de fonds (SACLAF) fournissent une suite d’échantillons ponctuels le long de la fauchée. En fonctionnement normal à une profondeur modérée (moins de 30 m), on arrive
à une limite de résolution spatiale de 25 m. Si l’on effectue plusieurs fauchées dans une zone de levés, cela permet de percevoir un motif de types de terrain (voir l’illustration). On applique des techniques d’interpolation (par ordinateur) pour obtenir une image matricielle
à couverture « pseudo-totale » qui permet de segmenter la zone de levés. Dans le cas de levés par SACLAF, l’espacement entre les fauchées constitue la principale question de stratégie à considérer, puisque l’interpolation entre les fauchées devient de moins en moins fiable à mesure que l’espacement entre fauchées augmente. Un espacement de
50 m est considéré comme un minimum habituel, et un espacement de plus de 500 m n’est pas recommandé (Foster-Smith, 2007). De nos jours, on tend à favoriser l’emploi de systèmes acoustiques à fauchée continue, à cause de leur plus grand pouvoir de
résolution, mais on utilise souvent un SACLAF comme système secondaire, car il peut aider à interpréter les images des fauchées.
2 - Que veut-on cartographier ? 113
Exemple de résultat d’un levé par SACLAF. Les différentes couleurs correspondent à divers types de terrain.
En résumé, pour la cartographie des habitats marins, les levés à couverture totale sont fortement souhaitables, car ils permettent une segmentation du territoire en fonction de structures à échelle fine, intermédiaire et globale. Ils sont également les plus fiables pour des travaux de cartographie directe. Il est toujours possible de généraliser les détails afin d’obtenir des cartes à échelle globale de grands territoires. Les levés à couverture partielle peuvent pour leur part répondre aux besoins de programmes de cartographie à
échelle intermédiaire ou globale, tout en permettant des économies substantielles.
2.3.3.1 - Télédétection en zone de petit fond
À mesure que l’on s’éloigne du littoral en direction de la haute mer, la télédétection optique perd rapidement de son efficacité, jusqu’à devenir complètement « aveugle » à une profondeur de 10 à 20 m (selon la turbidité de l’eau). Par conséquent, une simple couverture totale ne garantit pas l’acquisition de données pour toute une zone ; à certains endroits, les conditions du milieu (profondeur et turbidité de l’eau) limitent l’efficacité des moyens optiques de télédétection. Ces lacunes dans les données peuvent être comblées par des levés acoustiques en zone de petit fond. Par contre, les moyens acoustiques ont une capacité limitée au voisinage d’un littoral rocheux complexe, et le coût de ces levés par unité d’aire est élevé en raison de l’étroitesse des fauchées des systèmes acoustiques en eau peu profonde.
114 2 - Que veut-on cartographier ?
Les techniques de télédétection optique perdent de leur efficacité à mesure que la profondeur de l’eau augmente. Noter la détérioration des données bathymétriques d’un lidar (points de couleur) en eau profonde.
Même une couverture totale d’une zone de petit fond par deux techniques (p. ex. levés bathymétriques et imagerie) donne généralement une mosaïque de sous-zones où aucune, une ou les deux techniques se sont avérées efficaces. Les lacunes restantes doivent être comblées par des techniques d’interpolation, accompagnées le cas échéant d’une campagne de terrain plus importante qu’ailleurs. À cet égard, il vaut la peine de visionner le diaporama de l’ étude de cas de l’archipel de Glénan (voir le fichier Glenan survey strategy.ppt
) et de considérer la mosaïque des couvertures par la variété des techniques de télédétection.
Une autre étude de cas du programme français Rebent est présentée dans le document
Mapping shallow coastal habitats.pdf
. Elle montre l’application et l’utilité de techniques acoustiques pour la cartographie des habitats benthiques en zone littorale de petit fond.
2 - Que veut-on cartographier ? 115
2.3.3.2 - Levés acoustiques à couverture partielle
La suite de figures ci-contre illustre comment le niveau de détail du rendu cartographique augmente avec le degré de couverture. Un levé à échelle globale a été effectué à l’aide d’un sonar à balayage latéral, avec des fauchées de plus en plus rapprochées.
(Coggan, 2006). Chaque fauchée a été interprétée séparément, et les couleurs représentent différentes classes de sédiments et de figures sédimentaires
(p. ex. rides de sable, rubans graveleux, etc.). Une carte à couverture quasi-totale a ensuite été produite par interpolation (à l’œil) entre les fauchées interprétées.
Avec l’augmentation du degré de
couverture, l’interpolation était guidée davantage par un contenu en information et moins par des suppositions, réduisant d’autant l’incertitude associée à la carte finale. La carte produite à partir de fauchées espacées de 4 km (pour un avait laissé de côté certaines figures
sédimentaires importantes qui sont apparues sur la carte produite à partir de fauchées espacées de 2 km et de 1 km
(degré de couverture d’environ 33 % et
50 % respectivement).
Il y a eu moins de différence entre les
cartes produites avec des espacements de 2 et de 1 km entre les fauchées qu’entre les cartes produites avec des espacements de 4 et de 2 km. La carte
« à 1 km » contenait plus de petits détails que celle « à 2 km », mais les deux
cartes étaient en général très semblables. Cela indique que la plupart des variations à échelle globale dans ce territoire ont été saisies avec un degré de
couverture se situant entre 30 et 50 %. Il faut noter que, dans un autre territoire, un degré de couverture différent pourrait
être nécessaire pour obtenir le même niveau d’exactitude.
On a effectué un levé à couverture totale même territoire, mais l’amélioration de cette partie de la carte a été minime, car l’interpolation était devenue très exacte sur la
carte « à 1 km ». Comme une couverture totale coûte deux fois plus cher qu’une couverture à 50 %, le gain minime ne semble pas justifier le coût supplémentaire de tels levés à échelle globale. Le diaporama PowerPoint Remote sensing coverage.pps aide à visualiser les différences entre ces cartes.
116 2 - Que veut-on cartographier ?
Lorsque l’on fait le levé de zones moins étendues, il n’y a généralement pas d’obstacle financier à la réalisation de levés acoustiques à couverture totale, car les coûts totaux en cause sont en principe beaucoup plus abordables que dans le cas de grands territoires
(quelques milliers d’euros contre des centaines de milliers ou des millions). En outre, le besoin d’un niveau plus élevé de détail, de fiabilité et d’exactitude est en général plus grand dans le cas de levés à échelle fine de sites précis, et une couverture totale est alors recommandée.
Des compromis sont inévitables entre d’une part une couverture réduite et donc une
fiabilité moindre de la carte, et d’autre part le besoin de doser l’utilisation de ressources
(budget, temps et personnel) pour obtenir des levés et donc une carte d’une certaine qualité. Il n’y a pas de réponse empirique à la question : « Quel degré de couverture faut-il pour obtenir une carte du niveau de fiabilité voulu ? », car cela dépend en grande partie de la façon dont on atteint un degré de couverture donné et du degré d’hétérogénéité du territoire à cartographier. Il est évident que la fiabilité d’une carte produite avec un degré
de couverture de 30 % sera supérieure pour une zone homogène de sable fin que pour une zone hétérogène de substrats mixtes et d’affleurements rocheux.
L’important est de savoir reconnaître le point où la fiabilité des résultats des levés devient inférieure au seuil acceptable défini dans le rapport sur la portée du programme.
Inévitablement, les bailleurs de fonds exerceront des pressions ou feront eux-mêmes l’objet de pressions pour réduire les coûts en diminuant le degré de couverture, ou pour augmenter la rentabilité apparente des levés en répartissant des ressources fixes sur un territoire plus grand. Il est donc important de faire cette comparaison avec les seuils définis dans le rapport sur la portée du programme, afin d’éviter des situations de fausses
économies et de sous-financement.
Dans le cas d’un programme de cartographie à échelle globale (grand territoire avec
résolution et exactitude limitées), le degré de couverture est probablement limité (par les coûts) à moins de 50 %. Les levés acoustiques doivent donc viser à détecter les changements de faciès à échelle globale (type de sédiment et figures sédimentaires), car ce genre d’information est pertinent à l’échelle visée. Comme l’échelle des figures
sédimentaires est généralement plus globale que la largeur de fauchée d’un sonar à balayage latéral ou multifaisceaux, des fauchées isolées sont rarement efficaces pour identifier et cartographier de telles structures. Deux études récentes (Mackie et al., 2006 et James et al., 2007) ont montré qu’une approche de « corridors » peut constituer une stratégie efficace de levés acoustiques. Cette approche consiste à faire plusieurs fauchées contiguës afin d’obtenir une couverture totale sur un corridor de 1 km de largeur, ce qui permet de beaucoup mieux apprécier la nature des figures sédimentaires. On obtient une interprétation d’un grand territoire en faisant des levés de plusieurs corridors.
2 - Que veut-on cartographier ? 117
L’exemple illustré ici est celui de la partie ouest du chenal de Bristol (Mackie et al., 2006), où chaque corridor a été levé à l’aide d’un ensemble de trois systèmes géophysiques : un sondeur multifaisceaux, un sonar à balayage latéral et un profileur à réflexion (boomer remorqué à la surface). La mosaïque de 1 km de largeur donnée par le sondeur multifaisceaux a permis d’identifier de manière fiable les grandes et petites figures
sédimentaires, alors que le sonar à balayage latéral et le profilage sismique ont fourni plus d’information sur la nature des substrats.
Dans tous les cas où l’on ne dispose d’aucun levé acoustique antérieur, il est fortement conseillé de procéder à un bref levé « pilote » du territoire. Une grille rudimentaire de fauchées peut donner une information précieuse sur l’hétérogénéité du fond, qui permettra de prendre des décisions éclairées quant au degré de couverture nécessaire pour les levés par télédétection.
2.3.4 - Stratégie d’une campagne de terrain
À ce stade du processus de planification, la principale question à considérer concernant la campagne de terrain est celle de la stratégie générale d’échantillonnage, qui doit viser un
équilibre entre coûts et efficacité. Trop peu d’échantillons limitent fortement les possibilités d’analyse et la capacité de classification des habitats, alors que trop d’échantillons prennent beaucoup de temps et d’argent à traiter. Comme la stratégie d’échantillonnage a des effets sur la fiabilité des cartes résultantes, il faut viser un échantillonnage représentatif adapté à la finalité précise du programme de cartographie.
Ce point est illustré par le schéma ci-après, qui représente quatre stratégies théoriques d’échantillonnage. Les polygones de couleur représentent la segmentation du territoire en types de terrain obtenue par télédétection. La première stratégie consiste à échantillonner chaque type de terrain une seule fois, ce qui permet de faire des comparaisons entre les types de terrain, mais oblige à supposer que chacun des types de terrain est homogène.
La deuxième stratégie consiste à obtenir un seul échantillon de chaque zone du territoire segmenté, afin de faire des comparaisons rudimentaires entre des segments de même type aussi bien que de types différents. La troisième stratégie consiste à avoir plusieurs
stations d’échantillonnage dans un seul segment de chaque type de terrain, ce qui permet de tester l’homogénéité de ce segment, mais oblige à supposer que ce segment est représentatif de tous les segments de ce type. La quatrième stratégie consiste à avoir plusieurs stations d’échantillonnage de chacun des segments de tous les types de terrain.
Cela permet une analyse complète des variations des segments de même type et de types différents.
118 2 - Que veut-on cartographier ?
Schéma de quatre stratégies d’échantillonnage
La première stratégie constitue le minimum pour un échantillonnage sur le terrain. Si un type de terrain n’est pas échantillonné, il est impossible de lui affecter une classe d’habitat. La quatrième stratégie serait hautement souhaitable, mais dans la plupart des cas elle n’est pas réalisable en raison du grand nombre de segments à échantillonner et du grand nombre de types de terrain. Elle peut s’appliquer à une étude de suivi propre à un site, où ce niveau de détail est nécessaire, ou à une zone comportant peu de types de terrain, d’où un nombre raisonnable d’échantillons. Dans la pratique, les stratégies d’échantillonnage ne sont pas souvent conformes aux modèles théoriques présentés ici, et dans bien des cas la solution pratique se situe quelque part entre les stratégies 2 et 3, avec un échantillonnage de tous les types de terrain et un certain nombre de réplicats représentatifs de chaque type.
Il faut aussi songer au besoin d’échantillons de validation. Ce sont des échantillons recueillis dans le cours normal de la campagne de terrain, mais qui ne sont pas utilisés pour produire une carte. Ils sont plutôt mis de côté et servent à tester la classification et la
précision spatiale de la carte une fois que celle-ci est produite. Les échantillons de validation doivent faire partie intégrante de tout programme qui repose en grande partie sur la modélisation, car de tels tests formels d’exactitude jouent un rôle important dans l’évaluation de la fiabilité du rendu cartographique. On a rarement recours à des
échantillons de validation dans les programmes de cartographie directe où l’affectation de
classes d’habitat aux types de terrain est fondée sur l’observation plutôt que sur une analyse empirique ou sur la modélisation.
La stratégie de la campagne de terrain doit également tenir compte de la nécessité de stratifier l’échantillonnage en fonction des gradients des variables environnementales dont l’influence sur les caractéristiques des habitats est connue. Le tableau ci-après montre quatre de ces variables et des stratifications suggérées. En général une variable exerce l’influence principale, par exemple la salinité dans un estuaire, l’exposition aux vagues sur un littoral ou la profondeur en domaine subtidal. Parfois, une variable secondaire a une influence dans certaines parties du territoire levé, comme les courants de marée dans un
étroit bras de mer. La stratification de plusieurs variables peut donner une matrice énorme rendant l’échantillonnage impossible en pratique. Il est donc préférable de mettre l’accent
2 - Que veut-on cartographier ? 119 sur les variables dont les valeurs dans le territoire levé ont le plus d’influence sur le type d’habitat.
Stratification de variables environnementales
Profondeur sous le niveau des basses eaux
(mètres)
Exposition aux vagues
(catégorie)
Salinité
(parties/1000)
0–10
Extrêmement abrité
Faible
(< 18)
Courant de marée maximal
(nœuds) [m/s]
Très faible
([négligeable])
50–100
Modérément abrité
Réduite
(18–30)
Normale
(30–35)
Variable
(18
↔35)
Faible
(< 1) [< 0,5]
Modéré
(1–3) [0,5–1,5]
Fort
(3–6) [1,5–3]
100–200 Exposé
Très fort
(> 6) [> 3]
500–1000
> 1000
Extrêmement exposé
Lorsque le territoire à lever comprend un certain nombre d’étages ou zones biologiques reconnues (littorale, infralittorale, circalittorale, comme dans le schéma ci-après extrait de
Connor et al., 2004), il faut accorder la priorité à l’échantillonnage de chacune de ces zones avant de considérer toute stratification supplémentaire selon des variables environnementales. Ces zones biologiques sont le reflet d’une stratification verticale des conditions du milieu dans l’environnement marin et de l’influence fondamentale que ces conditions ont eue sur la nature des habitats.
120 2 - Que veut-on cartographier ?
Zonage biologique d’habitats marins, extrait de la typologie des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande, version 04.05 (Connor et al., 2004)
Enfin, il n’est généralement pas approprié de spécifier à ce stade de la planification les outils ou techniques d’échantillonnage sur le terrain à utiliser, parce que ce choix dépendra du résultat des levés par télédétection. Par contre, selon les besoins d’information, la stratégie peut indiquer que l’échantillonnage sera limité à une famille particulière de techniques ou devra en exclure certaines autres. Par exemple, si les levés visent la cartographie d’un habitat particulièrement rare ou fragile, il sera important de spécifier dans la stratégie de la campagne de terrain qu’aucune technique destructive d’échantillonnage ne devra être employée et que toute l’information devra être acquise exclusivement par observation.
2.3.5 - Cahier des charges des levés
Le cahier des charges des levés doit comprendre :
– les types de données et de métadonnées nécessaires ;
– les normes relatives à la qualité des données ;
– la part relative de la télédétection et de la campagne de terrain ;
– la quantité de données requise (en tenant compte de la « réserve » pour la validation) ;
– les stratégies possibles de réalisation des levés (complets, imbriqués).
Les levés d’habitats sont susceptibles de consommer beaucoup de ressources (temps, budget, équipement et personnel). Il est donc important d’optimiser la stratégie de réalisation et le plan de campagne des levés afin d’utiliser les ressources disponibles avec le maximum d’efficacité. Le programme des levés définit les types de données à acquérir, et il faut pour cela faire appel à diverses techniques de levé et d’échantillonnage.
Souvent, les étapes du travail doivent être accomplies dans un ordre logique déterminé. Il
2 - Que veut-on cartographier ? 121 est courant de faire d’abord une campagne de télédétection pour tracer une ébauche de
carte physique, qui permet d’orienter le choix des sites de la campagne de terrain.
La
stratégie de réalisation des levés porte sur des facteurs tels que :
– les techniques d’échantillonnage (à distance et sur le terrain) à utiliser ;
– l’ordre logique des étapes du travail (télédétection, puis campagne de terrain) ;
– le plan de campagne des levés (fondés sur une grille, stratifiés, stratifiés de manière aléatoire, imbriqués) ;
– la stratégie d’échantillonnage sur le terrain, notamment la combinaison de techniques à utiliser et le nombre de réplicats.
Après avoir déterminé les données manquantes à acquérir, on peut établir le cahier des charges du programme de levés. Ces levés se subdiviseront probablement de façon naturelle en deux phases, la première faisant surtout appel à la télédétection, et la seconde à une campagne de terrain. Les paramètres de la campagne de terrain dépendront souvent des résultats de la campagne de télédétection. Le cahier des charges du programme de levés doit mentionner les normes pertinentes et les protocoles à utiliser pour l’acquisition et le traitement des données.
Programme de levés — Zone X de la Manche
Phase 1
Télédétection
Phase 2
Échantillonnage sur le terrain
Faire de nouveaux levés acoustiques de la zone X :
– bathymétrie à couverture totale par sondeur multifaisceaux, conformément à la norme « Ordre 1 » de l’OHI ;
– acquisition simultanée de données par sondeur multifaisceaux et sonar à balayage latéral (combinés le cas échéant avec un profilage sismique) ;
– interprétation des données sonar pour délimiter les zones acoustiquement distinctes et caractériser les faciès et les figures sédimentaires auxquelles elles correspondent.
Faire un échantillonnage orienté sur le terrain pour chaque zone acoustiquement distincte identifiée au cours de la phase 1, en suivant les normes et protocoles des lignes directrices opérationnelles recommandées de
M
ESH
.
Stratifier l’échantillonnage selon 2 paramètres :
1) deux strates de profondeur : de 10 à 20 m et plus de 20 m ;
2) zones acoustiquement distinctes.
Pour chaque profondeur, échantillonner des substrats représentatifs afin de déterminer : la nature physique du sédiment (lithologie, granulométrie –classification de
Folk) ; la netteté des frontières entre zones acoustiquement distinctes ; la variabilité des substrats au sein de chaque zone acoustiquement distincte ; la composition spécifique de l’endofaune dans les sédiments non consolidés
(analyse quantitative, abondance et biomasse) ; la composition spécifique de l’épifaune sur les sédiments non consolidés
(analyse semi-quantitative, abondance et biomasse pour les formes errantes, abondance relative et biomasse pour les formes non errantes) ; la composition spécifique de la faune fixée sur les sédiments consolidés
(analyse semi-quantitative, abondance relative) l’association entre la faune fixée et le type de substrat (observation vidéo) ; la nature des organismes qui donnent une structure à l’habitat (p. ex. récifs biogènes).
Exemple fictif de programme de levés au large des côtes de la Manche
122 2 - Que veut-on cartographier ?
Programme de levés — Zone Y de la côte de Bretagne
Phase 1
Télédétection
Phase 2
Échantillonnage sur le terrain
a) Effectuer par lidar un levé à couverture totale des zones de petit fond et intertidale du site, jusqu’à une profondeur de 15 à 20 m.
Faire une couverture totale des mêmes zones par photographie aérienne ou imagerie satellitaire (utiliser l’imagerie satellitaire si la résolution et le calendrier sont adaptés).
b) Faire (manuellement ou par classification non supervisée) une interprétation préliminaire des images obtenues, à l’aide d’isocontours de lidar, pour élaborer la stratégie d’échantillonnage sur le terrain.
Effectuer un échantillonnage sur le terrain (au sol, + plongeur + vaisseau léger muni d’une benne et d’un sondeur monofaisceau), avec les deux objectifs suivants :
a) faire des cheminements pour vérifier les transitions douteuses ;
b) faire un échantillonnage stratifié d’un certain nombre de stations.
Suivre les normes et protocoles des lignes directrices opérationnelles recommandées de M
ESH
. Une partie des données servira à l’interprétation, l’autre au contrôle de qualité.
À chaque station, échantillonner des substrats représentatifs afin de déterminer : la nature physique du sédiment (granulométrie –classification de Folk, à la main ou par de petits prélèvements si possible) ; la netteté des frontières entre zones distinctes d’après les images (observations visuelles) ; la composition de l’endofaune dans les sédiments non consolidés (espèces, analyse semi-quantitative) ; la composition de la faune et de la flore fixées sur les sédiments consolidés
(espèces, analyse semi-quantitative)
Exemple fictif de programme de levés pour des zones intertidales et de petit fond de la côte de
Bretagne
2.4 - Optimisation de la télédétection
Plusieurs plans de campagne ont pu être envisagés au cours de l’élaboration du cahier des charges des levés, mais l’optimisation du plan de campagne ne peut commencer sérieusement qu’après un accord sur les objectifs et la stratégie des levés. Le but recherché est une utilisation optimale des ressources disponibles afin de maximiser l’efficacité et la rentabilité des levés. Il faut évidemment être au courant du résultat des
étapes précédentes de la planification du programme, notamment le rapport sur l’analyse
de l’existant.
Dans le cas des levés par télédétection, l’emploi simultané de plusieurs instruments différents optimise l’utilisation de l’avion ou du navire en éliminant le besoin de répéter les mêmes trajets pour chaque instrument. Par contre, comme les conditions optimales de fonctionnement (p. ex. vitesse, altitude, profondeur) ne sont pas les mêmes pour tous les instruments, il faut veiller à concevoir le plan de campagne de manière à favoriser l’instrument le « plus important » (ou principal) tout en permettant aux autres instruments de fournir des données de qualité acceptable. Le cahier des charges des levés déterminera probablement l’instrument principal.
Les levés par télédétection à couverture totale sont généralement effectués en une suite de fauchées parallèles qui construisent une mosaïque du sol ou du fond de la mer.
L’espacement entre les fauchées dépend de la largeur de fauchée (largeur de terrain couverte par l’instrument), qui dépend à son tour du type d’instrument et de l’altitude audessus du sol ou du fond. Certains instruments autorisent un réglage de la largeur de
fauchée, une fauchée plus étroite donnant généralement une meilleure résolution.
L’espacement optimal pour obtenir une couverture totale dépend donc des
2 - Que veut-on cartographier ? 123 caractéristiques de l’instrument principal et du territoire levé. Dans le cas des instruments de coque, la largeur de fauchée augmente avec la profondeur du fond, de sorte que l’espacement entre les fauchées doit être plus petit en zone de petit fond que pour des eaux plus profondes. Ce n’est pas le cas pour des instruments remorqués (ou en vol) à une altitude fixe au-dessus du fond de la mer. Il peut en outre y avoir une orientation optimale des fauchées, par exemple perpendiculaire à la direction d’une pente importante afin de maintenir une largeur constante pour une fauchée donnée.
I llustration de la largeur de fauchée et de l’espacement entre fauchées pour un lidar aéroporté et des sondeurs multifaisceaux fixés sur des navires
(image gracieuseté de Optech
Incorporated)
Les levés de zones de petit fond peuvent faire appel à un mélange de techniques optiques (aéroportées) et acoustiques (sur navire), afin de minimiser les limites dues aux difficultés de pénétration dans l’eau (techniques optiques) et de navigation en eau peu profonde. Des eaux troubles et peu profondes sont susceptibles de poser des problèmes
à la fois aux techniques optiques et acoustiques.
Alors que la stratégie des levés indique les techniques générales de télédétection à employer, le plan de campagne optimal détermine la combinaison précise d’instruments et la meilleure façon de les utiliser. Il faut faire particulièrement attention aux méthodes de
géoréférencement des données, qui ont un effet sur l’exactitude et la précision spatiales du rendu cartographique. Le choix de l’espacement optimal entre fauchées pour des levés
à couverture partielle peut être guidé par quelques fauchées pilotes, formant généralement une grille, qui permettent d’évaluer le degré d’hétérogénéité ou d’homogénéité du territoire à lever.
Tout levé par télédétection a avantage à être complété par une campagne de terrain qui confère une signification aux données de télédétection. Beaucoup de techniques de télédétection produisent des suites de nombres qui n’ont pas de signification en soi. Les
échantillons de validation obtenus sur le terrain permettent de segmenter ces valeurs et de leur faire correspondre différents types de terrain (classification supervisée). En l’absence de tels échantillons, les données peuvent être segmentées en blocs de manière artificielle ou par l’identification de groupes « naturels » (classification non supervisée). La campagne de levés peut être conçue de manière à faire fonctionner les instruments de d’« étalonnage ») afin d’identifier leur « signature » caractéristique. La segmentation des données est importante, car elle constitue le fondement de la subdivision du territoire en régions qui feront l’objet de campagnes de terrain plus poussées. Lorsqu’une technique de télédétection (p. ex. la photographie aérienne ou le sonar à balayage latéral) produit une image interprétable du littoral ou du fond de la mer, il est possible de délimiter les régions directement, de manière visuelle.
Cette étape de la planification doit résulter en une ébauche de plan de campagne de télédétection, dont la faisabilité opérationnelle sera vérifiée par les opérateurs (examen des plans de vol et de navigation, dangers de navigation, etc.).
124 2 - Que veut-on cartographier ?
2.4.1 - Ensembles d’instruments de télédétection
En général, chaque type d’instrument de télédétection fournit un type particulier de données. Il faut donc plusieurs instruments pour acquérir les données nécessaires à la réalisation de cartes d’habitats. Deux des facteurs les plus importants dans la détermination de la nature des habitats sont l’élévation (altitude au-dessus ou profondeur au-dessous du niveau de la mer) et la nature du substrat. En effet, ces facteurs déterminent les conditions environnementales dans lesquelles tout organisme marin ou
biocénose marine doit vivre. Par conséquent, dans les programmes de cartographie des
habitats, les instruments qui donnent de l’information sur la topographie et le type de terrain sont à privilégier par rapport à ceux qui donnent d’autres types de données telles que la température de surface de l’eau, l’irradiance, la concentration de chlorophylle A, ainsi que les profils de courants et de température. Ces autres types de données ne sont pas pour autant sans intérêt ; cela dépend en grande partie de la nature du territoire à lever.
Les premiers instruments de télédétection choisis sont donc généralement ceux qui fournissent l’information de base sur la topographie et le type de terrain. Dans le cas des estrans, on utilise souvent le lidar pour déterminer la topographie des lieux, et la photographie pour distinguer les types de terrain. Dans le domaine subtidal, on choisit souvent un sondeur multifaisceaux pour obtenir les données bathymétriques, et le sonar à balayage latéral pour distinguer les types de terrain. La popularité de ces combinaisons reflète leur capacité à fournir un modèle numérique de terrain (MNT), c’est-à-dire une représentation en trois dimensions de la topographie du littoral ou du fond de la mer, segmenté en zones qui correspondent à différents types de terrain. Ce ne sont toutefois pas les seules combinaisons qui permettent d’obtenir ce résultat, et elles ne sont pas adaptées à tous les besoins en matière de levés.
Le choix de deux systèmes de télédétection qui fournissent le même genre d’information entraîne une redondance que certains peuvent estimer inutile, mais que d’autres considèrent comme une police d’assurance contre des erreurs ou un mauvais fonctionnement. Dans certains cas, par exemple l’imagerie satellitaire et la photographie aérienne, on choisit deux instruments qui produisent exactement le même type de résultat
(une photographie), mais dont le contenu en information demeure complémentaire si les deux instruments ont une couverture ou une résolution différente qui rendent possible une stratégie de levés imbriqués.
Lorsque l’on choisit plusieurs instruments qui doivent fonctionner simultanément à partir du même avion ou navire, il est important de s’assurer qu’il n’y aura aucune interférence entre eux ou avec les autres appareils de bord (p. ex. radio et systèmes de navigation).
Les interférences risquent d’introduire des erreurs systématiques ou des artefacts qui masqueront la réalité et gêneront le traitement ou l’interprétation des données de télédétection.
Dans certains cas, le principal aspect de l’optimisation des levés par télédétection consiste à trouver le moyen d’utiliser une technique de manière optimale dans les circonstances propres des levés à effectuer. Cela est particulièrement vrai lorsque l’on utilise des techniques « standard » aux limites de leur application. À titre d’exemple, le poisson d’un sonar à balayage latéral est normalement remorqué à l’arrière du navire, mais dans une zone de petit fond, il peut être fixé sur un mât et installé sur le côté, à la proue ou à la poupe du navire. La position choisie risque d’avoir des effets importants sur le fonctionnement du système et la qualité des données acquises, comme le montre l’étude de cas des levés par sonar à balayage latéral dans les zones de petit fond de la mer des Wadden, au nord des Pays-Bas (voir le fichier Sidescan pole_Wadden Sea.pdf
).
Pour plus de renseignements sur les variantes et les capacités des instruments de télédétection, voir les chapitres pertinents de la recension M
ESH
des normes et protocoles pour la cartographie des habitats benthiques (Coggan et al., 2007).
2 - Que veut-on cartographier ? 125
2.4.1.1 - Ensembles de techniques acoustiques
Si l’on dispose d’un navire adéquatement équipé, il est tout à fait possible d’acquérir des données en utilisant simultanément un sondeur multifaisceaux, un sonar à balayage latéral, le profilage sismique et un système acoustique de classification automatique des natures de fonds (SACLAF). Chacun de ces systèmes peut fonctionner dans une fourchette de conditions (vitesse du navire, état de la mer, profondeur de l’eau), mais les conditions optimales de fonctionnement diffèrent d’un système à l’autre. Par conséquent, lorsque l’on utilise plusieurs systèmes en même temps, il faut optimiser les conditions pour le système jugé le plus important et accepter que les données produites par les autres systèmes ne soient pas optimales.
Le choix du système acoustique principal a des conséquences importantes sur l’espacement entre les fauchées. Cela est dû au fait que la largeur de fauchée des systèmes acoustiques est déterminée par l’angle du faisceau et l’altitude du capteur par rapport au fond. En pratique, la largeur de fauchée des systèmes de coque (p. ex. sondeurs monofaisceau ou multifaisceaux) augmente avec la profondeur, alors que celle des systèmes remorqués (p. ex. sonars à balayage latéral et à interféromètre) est plus ou moins constante, du fait que l’objet est normalement remorqué à une altitude fixe audessus du fond.
Largeur de fauchée
de trois différents systèmes acoustiques en fonction de la profondeur de l’eau
(non à l’échelle)
Ainsi, si le sondeur multifaisceaux est la principale technique retenue, l’espacement entre fauchées doit être beaucoup plus petit en zone de petit fond qu’en zone de grand fond, et il faudra donc beaucoup plus de temps pour couvrir un même territoire. Cela ne s’applique pas aux systèmes remorqués, dont l’espacement entre fauchées et le rythme de couverture sont indépendants de la profondeur de l’eau. Voici des largeurs de fauchée typiques de trois techniques acoustiques.
Largeurs de fauchée typiques de divers systèmes acoustiques, en fonction de la profondeur de l’eau
10 m 50 m 100 m 500 m Technique
SACLAF
Angle du faisceau ~10°
2 m 9 m 18 m 88 m
Sondeur multifaisceaux
Largeur de fauchée ~ 7 fois la profondeur de l’eau
Sonar à balayage latéral
Largeur de fauchée de 400 m à une altitude de 6 m
70 m
400 m
350 m
400 m
700 m
400 m
3500 m
400 m
1000 m
176 m
7000 m
400 m
126 2 - Que veut-on cartographier ?
Dans le choix d’un ensemble de techniques acoustiques, le SACLAF est considéré comme un deuxième ou un troisième choix, car sa largeur de fauchée est de beaucoup inférieure à celle d’un sondeur multifaisceaux ou d’un sonar à balayage latéral.
L’information fournie par le SACLAF complète les données des autres systèmes et contribue à interpréter la rétrodiffusion du sondeur multifaisceaux et du sonar à balayage latéral.
L’espacement entre fauchées dépend donc habituellement du choix du sondeur multifaisceaux ou du sonar à balayage latéral comme technique principale. Pour obtenir une couverture à 100 %, on fixe généralement cet espacement de manière à ce que les fauchées successives se chevauchent, puisque la qualité des données sur les bords des fauchées peut ne pas être optimale. D’après le tableau ci-dessus, pour un levé à l’aide d’un sondeur multifaisceaux et d’un sonar à balayage latéral effectué dans une zone où la profondeur de l’eau est de 50 m, il faudrait un espacement entre fauchées de 300 à
325 m pour obtenir une couverture complète avec les deux systèmes. Une profondeur moindre tendrait à favoriser le sonar à balayage latéral comme technique principale, en raison de sa plus grande largeur de fauchée. Par contre, à de plus grandes profondeurs, le sondeur multifaisceaux a une plus grande largeur de fauchée, ce qui en fait un meilleur candidat comme technique principale. S’il faut obtenir une couverture complète avec les deux systèmes à une profondeur où leurs largeurs de fauchée sont assez différentes, il faut alors effectuer le levé en deux temps : faire un premier passage en utilisant les deux techniques simultanément, puis un second passage avec le système dont la fauchée est la plus étroite pour combler les vides de ce système lors du premier passage. Pour plus de détails techniques sur le sujet, voir le document du CIEM intitulé Co-operative
Research Report on Acoustic Seabed Classification of Marine Physical and Biological
Landscapes (Anderson et al., à paraître), notamment le chapitre de Simmonds sur la conception d’une campagne de levés acoustiques pour la classification du fond marin.
Dans le cas de projets pluridisciplinaires tels que la cartographie des habitats, il devient courant d’inclure le profilage sismique dans l’ensemble des techniques « acoustiques » employées pour les levés, car les profils verticaux des sédiments ou des substrats aident
à interpréter la morphologie du fond de la mer. Le choix de la technique de profilage sismique dépend de la stratigraphie probable. Les systèmes à haute fréquence comme le boomer ont la meilleure résolution (quelques dizaines de centimètres), mais leur pénétration est limitée et s’arrête au soubassement acoustique constitué par l’assise rocheuse, des matériaux glaciaires ou même un sable dense. Les systèmes à basse fréquence comme l’étinceleur ou le canon à air ont une meilleure pénétration mais une
résolution limitée (environ 1 m). Leur pouvoir de pénétration permet, mieux que le soubassement acoustique déterminé par un boomer, de connaître le type d’assise rocheuse.
Les appareils de profilage sismique sont généralement remorqués près du navire, à la surface ou près de la surface de l’eau. En eau profonde, on peut considérer l’emploi d’un boomer remorqué en profondeur, afin d’obtenir des données à haute résolution sur le fond. Il existe des systèmes qui combinent le sonar à balayage latéral et le profilage sismique.
Sur le plan pratique, l’emploi simultané de systèmes de profilage sismique et de sonar à balayage latéral rentabilise au maximum l’utilisation du navire, car les deux systèmes fonctionnent à des vitesses de croisière semblables (alors que l’emploi simultané d’un sonar à balayage latéral et d’un sondeur multifaisceaux risque de limiter la vitesse du navire). Cela permet d’intégrer les données sur l’épaisseur de la structure du fond et sur sa géométrie (p. ex. épaisseur de rides de sable). Il est important de consigner avec
précision la position de l’appareil remorqué pour que les données soient bien géoréférencées et puissent être comparées avec l’information fournie par des appareils de coque comme un sondeur multifaisceaux et un SACLAF.
2 - Que veut-on cartographier ? 127
Dans certaines circonstances, le choix de la technique acoustique a une influence sur l’orientation des fauchées. Si la zone à lever est en pente, des fauchées parallèles à la direction de la pente auront une largeur variable dans le cas de systèmes de coque, mais non dans le cas de systèmes remorqués. Si la pente devient forte, la longueur de câble de systèmes remorqués tels que le sonar à balayage latéral devra être réglée plus souvent pour maintenir l’instrument à une altitude constante au-dessus du fond. De tels réglages répétés ne sont pas souhaitables, car ils risquent d’introduire des discontinuités et de réduire l’utilité de l’enregistrement du sonar. Il est donc habituel d’optimiser les levés en prenant des fauchées perpendiculaires à la direction de la pente, ce qui simplifie à la fois la planification des fauchées et l’exécution des levés, tout en diminuant le risque de contact entre les appareils remorqués et le fond.
Sonar à balayage latéral
Sondeur multifaisceaux
Sondeur de sédiments
Largeur de fauchée
d’un sonar à balayage latéral, d’un sondeur multifaisceaux et d’un profileur du sous-sol du fond qui se déplacent dans la direction d’une pente du fond.
Il est à noter que les exigences de la cartographie des habitats sont relativement moindres en matière de levés acoustiques que celles des levés hydrographiques et bathymétriques visant la production de cartes de navigation ou le traitement d’autres questions liées à la sauvegarde de la vie humaine en mer (en abrégé SOLAS pour Safety
Of Life At Sea). Ces derniers levés exigent un degré de couverture beaucoup plus élevé
(200 %, ou couverture double) et doivent être conformes aux normes strictes fixées par des organisations telles que l’Organisation hydrographique internationale (OHI) (voir
Mills,1998, dans le document IHO survey standards.pdf
, et le chapitre 3 « Comment se fait l’acquisition des données ? »). Ces normes vont généralement au-delà des exigences de la cartographie des habitats, mais il est de plus en plus courant d’adopter l’une d’entre elles ou à tout le moins de tenter de s’en approcher, car cela garantit dans une certaine mesure la qualité des données et élimine le besoin de recommencer le levé d’un territoire
à d’autres fins.
2.4.1.2 - Ensembles de techniques aéroportées
Comme dans le cas des techniques acoustiques, on peut rassembler plusieurs techniques aéroportées pour en faire un ensemble d’outils efficace. Pour s’en rendre compte, le mieux est d’examiner une étude de cas comme celle du site du Trégor sur le littoral nord de la Bretagne. Ce levé a fait appel à un ensemble de quatre techniques aéroportées, à savoir l’imagerie satellitaire, la photographie aérienne, le lidar topographique et le lidar hydrographique (bathymétrique) pour cartographier des zones intertidales et des zones subtidales de petit fond. Ces techniques ont ensuite été complétées par des levés acoustiques des zones de petit fond. Le document Tregor survey strategy.ppt
, montre comment les couches de données s’assemblent et illustre comment le plan de campagne des levés a optimisé l’utilisation de chacune des techniques de manière à cibler les zones où elle est la plus efficace.
128 2 - Que veut-on cartographier ?
Construction de couches de données à partir de levés par télédétection du site de
Trégor, en Bretagne
Comme dans le cas des levés acoustiques, les questions de largeur de fauchée et d’empreinte au sol des instruments utilisés pour un levé aéroporté ont des effets sur l’espacement des fauchées, mais dans le cas des levés aéroportés, on contrôle généralement mieux l’altitude choisie.
Comme les différents instruments n’ont pas tous la même capacité à détecter les structures et les habitats benthiques, le recours à un ensemble de techniques entraîne le besoin d’un étalonnage commun de leurs résultats. Cette question a fait l’objet d’un atelier du projet M
ESH
sur l’« interétalonnage », qui a montré que la mise en correspondance des résultats de différentes techniques peut servir à valider des interprétations et mettre en
évidence des artefacts d’une technique donnée. L’interprétation combinée des données acquises à l’aide d’un certain nombre de techniques de télédétection permet de réaliser des synergies. L’atelier cité plus haut a porté principalement sur des techniques employées dans le cas d’herbiers de zostères (Zostera marina). Voir le fichier
Intercalibration Workshop Report.pdf
.
2.4.2 - Validation sur le terrain
Dans le cas des techniques de télédétection qui servent principalement à segmenter le territoire à lever en différents types de terrain (p. ex. la photographie aérienne, le sonar à balayage latéral et le SACLAF), il est bon de recueillir certains échantillons de validation
sur le terrain pour alimenter le processus de segmentation et valider les types de terrain identifiés par télédétection. Les échantillons de validation sur le terrain sont typiquement des photographies du fond (en particulier pour les substrats durs) ou de véritables
échantillons des sédiments de surface prélevés à l’aide d’une bêche, d’une benne Shipek ou d’un autre instrument qui ne creuse pas profondément. Les sédiments plus profonds ne sont pas nécessaires puisqu’ils ne sont (généralement) pas pénétrés par les capteurs optiques ou acoustiques. Le processus de validation sur le terrain est distinct de la campagne de terrain post-segmentation, qui est plus intensive et vise l’échantillonnage de la composante biologique des divers types de terrain (y compris les couches soussuperficielles des substrats meubles).
La validation sur le terrain est généralement utilisée après coup pour aider à l’identification du type de terrain correspondant à une « signature » particulière dans les données de télédétection. Une autre possibilité consiste à faire fonctionner l’instrument de télédétection sur un ensemble de types de terrain connus, afin de voir quelle est la signature de chacun. C’est ce que l’on appelle souvent l’« étalonnage ».
Les levés par photographie aérienne dans le spectre de la lumière visible ne requièrent généralement que peu ou pas de validation sur le terrain, du fait que l’imagerie dans la
2 - Que veut-on cartographier ? 129 lumière visible nous est familière de par nos propres observations. Par contre, toute technique hyperspectrale (p. ex. la photographie dans l’infrarouge) donnera probablement des images allant au-delà de notre expérience quotidienne et exigeront une validation sur
le terrain facilitant l’interprétation des images.
Comparaison de photographies aériennes dans le spectre de la lumière visible (à gauche, Ile d’Er,
Côtes d’Armor) et dans l’infrarouge (dépôts d’algues vertes à Saint-Michel-en-Grève, Côtes d’Armor).
De la même manière, les faciès acoustiques débordent habituellement notre expérience quotidienne et requièrent une validation sur le terrain jusqu’à ce que nous ayons l’expérience voulue pour les interpréter directement. L’échantillonnage de validation sur le
terrain devrait cibler des zones acoustiquement distinctes afin d’aider à déterminer les types de terrain qu’elles représentent.
Images d’un sonar à balayage latéral illustrant des zones acoustiquement distinctes qui correspondent à divers types de terrain
130 2 - Que veut-on cartographier ?
Contrairement aux images d’un sonar à balayage latéral, les données d’un système acoustique de classification automatique des natures de fonds (SACLAF – typiquement
RoxAnn ou QTC) sont difficiles à interpréter directement, même pour des opérateurs expérimentés. Les SACLAF distinguent les substrats en fonction de leurs propriétés de réflectance acoustique, et les données qu’ils produisent peuvent être très variables d’une journée à l’autre, ou même au cours d’une seule journée, selon un grand nombre de facteurs tels que la vitesse du navire, l’état de la marée, les conditions météorologiques, la turbidité de l’eau et la profondeur. Certains types de terrain donnent même des résultats variables selon la direction du navire par rapport au fond (Foster-Smith, 2007).
Plusieurs méthodes permettent de normaliser les données afin de supprimer ces variations : (a) comparer des fauchées parallèles adjacentes ; (b) faire quelques passages perpendiculaires à la direction de la majorité des fauchées ; (c) faire au début et à la fin de chaque journée de levé quelques passages sur une zone connue comportant certains types de terrain bien définis (« sites d’apprentissage ») ; (d) faire quelques fauchées qui se recouvrent d’une journée à l’autre. Cependant, même après ce genre de normalisation, il faut des échantillons de validation sur le terrain pour permettre la segmentation après coup des données en types de terrain significatifs (classification supervisée ; voir Foster-
Smith, 2007).
Comme dans toute campagne d’échantillonnage, il est plus important d’obtenir des
échantillons représentatifs plutôt qu’exhaustifs. Idéalement, il faudrait obtenir trois échantillons de chaque type de terrain, mais Foster-Smith (2007) en recommande cinq dans le cas des SACLAF :
« Il devrait y avoir au moins 5 échantillons pour chacun des principaux habitats.
Même si un opérateur de terrain a le sentiment qu’un type donné de terrain peut
être prédit avec beaucoup de confiance, (p. ex., une forêt de Laminaires sur un fond dur en eau peu profonde), il faut quand même échantillonner ces habitats un nombre minimal de fois, sous peine de compromettre les analyses ultérieures. »
2.5 - Optimisation de la campagne de terrain
Le rôle de la campagne de terrain est d’échantillonner les composantes physique et biologique d’un type de terrain, en vue de sa caractérisation en tant qu’habitat. Lorsque l’on utilise une typologie existante (classification descendante), il est important de noter les paramètres pertinents de cette typologie, afin de pouvoir faire la correspondance entre les échantillons ou les observations et la définition de l’habitat approprié. Si une typologie existante est non disponible ou non nécessaire, il faut noter un ensemble de paramètres physiques et biologiques de manière constante sur tout le territoire levé, afin de permettre la détermination des classes d’habitat, généralement à l’aide d’une analyse statistique
(classification ascendante).
L’optimisation de la campagne de terrain consiste à choisir les bonnes méthodes d’échantillonnage et à orienter leur mise en œuvre afin d’obtenir des échantillons représentatifs de l’ensemble des types de terrain présents sur le territoire à lever. Le choix des sites d’échantillonnage est guidé par les connaissances acquises lors des levés par télédétection. Une campagne de terrain ainsi « orientée », utilise les ressources d’une manière plus efficace qu’un simple choix au hasard des sites d’échantillonnage.
Des observateurs humains entraînés sont de puissants « outils » d’une campagne de terrain, en raison de leur capacité à reconnaître et à classifier visuellement les habitats.
Lorsqu’ils ont accès au territoire à lever, par exemple sur un littoral ou en plongée, ils peuvent l’explorer de manière intelligente, en prenant constamment des « échantillons visuels », et en orientant les efforts de prélèvement là où ils sont les plus nécessaires.
Leurs compétences peuvent aussi être exploitées utilement en eau profonde, par
2 - Que veut-on cartographier ? 131 l’utilisation de caméras vidéo ou d’appareils photographiques et le pilotage de véhicules téléguidés.
En eau profonde, la connaissance de ce qu’il y a en réalité au fond de la mer repose sur l’utilisation d’une variété de dispositifs de prélèvement. Ce sont généralement des bennes et des carottiers pour les sédiments et l’endofaune, des chaluts et des dragues pour l’épifaune. Les observateurs humains ont aussi leur place grâce à l’utilisation d’appareils photographiques et de caméras fixés sur un traîneau remorqué ou de caméras fixées sur un bâti vertical, ou encore de véhicules téléguidés, mais cela ne permet de voir que l’épifaune et la surface des substrats. Il faut une combinaison de ces méthodes de prélèvement et d’observation pour obtenir toute l’information nécessaire à la classification des habitats.
Quelques méthodes de prélèvement sur le terrain
Que les levés sur le terrain soient effectués à bord d’un navire ou sur le littoral, il faut utiliser l’information obtenue par télédétection pour choisir les sites de prélèvement (lieux définis de manière générale), mais la méthode de détermination des stations de prélèvement (points définis de manière précise) est variable.
Dans le cas de levés effectués à bord d’un navire, une bonne méthode consiste à planifier une série de stations et à spécifier les appareils à utiliser pour chacune, afin de tracer un trajet optimal du navire et d’arriver à chaque station en étant prêt à utiliser l’appareil. Le choix des stations de prélèvement cible des structures précises révélées par la télédétection ou désigne un lieu quelconque d’un type donné de terrain.
Les mêmes principes sont applicables aux prélèvements sur le littoral ou en plongée : on indique à une personne où aller pour prélever un échantillon ; mais on peut faire mieux en laissant à l’observateur une certaine latitude pour raffiner les prélèvements en fonction de son évaluation visuelle du site. L’observateur décide alors des types et du nombre d’échantillons à prélever, ainsi que du lieu précis des prélèvements. Dans le cas particulier d’une classification descendante, il peut décider qu’il n’y a pas besoin de faire de prélèvement si un habitat est clairement identifiable par observation directe.
132 2 - Que veut-on cartographier ?
Stations et profils d’échantillonnage d’une campagne de terrain en Bretagne
Il est important que les prélèvements soient représentatifs plutôt qu’exhaustifs, car il est facile de se surcharger d’échantillons qu’il est ensuite long et coûteux de traiter, d’analyser et d’interpréter. Pour que les échantillons soient représentatifs, il faut faire appel aux techniques appropriées d’échantillonnage sur chaque type de terrain, mais une stratification supplémentaire peut également être nécessaire pour couvrir les zones
écologiques (p. ex. selon la profondeur, la salinité et la turbidité) dont on sait qu’elles ont une influence sur la répartition des espèces.
Il faut fixer des exigences minimales d’échantillonnage, en fonction du degré d’exactitude et de fiabilité de la classification requis dans les cartes finales. Un échantillon unique de chaque type de terrain suppose que ce dernier est homogène, alors que des réplicats permettent une certaine évaluation de la variabilité entre les strates (type de terrain + zone écologique) d’échantillonnage et au sein de ces strates. Le nombre de réplicats est déterminé par une règle empirique, par l’avis d’experts ou par une évaluation formelle liée
à l’hétérogénéité ou à l’homogénéité du terrain perçue par un instrument de télédétection
(« modèle d’allocation optimale »).
Dans bien des cas, il faudra mettre en réserve une fraction des échantillons prélevés sur le terrain afin de tester l’exactitude des cartes produites. Il faut tenir compte de ces
échantillons de validation dans le cahier des charges de la campagne de terrain.
L’optimisation de la campagne de terrain est souvent un processus itératif qui doit conserver une certaine souplesse. Une ébauche du plan de campagne peut être remise aux opérateurs de terrain pour qu’ils en vérifient la faisabilité opérationnelle (accès aux sites, dangers de navigation, santé et sécurité au travail, etc.). Par contre, les détails du plan de campagne dépendent souvent des résultats de la télédétection et des conditions qui prévalent sur le terrain au moment de l’échantillonnage.
2.5.1 - Exigences relatives à une campagne de terrain
Le rôle d’une campagne de terrain est double. Premièrement, elle doit donner l’information biologique et physique nécessaire pour déterminer ou identifier une classe
échantillons pour affecter une classe d’habitat aux types de terrain ou aux polygones où
2 - Que veut-on cartographier ? 133 les échantillons ont été prélevés. La campagne de terrain ne devrait pas avoir une grande influence sur la segmentation du territoire à lever ; son rôle se limite à déterminer les
classes d’habitat dans des territoires qui ont déjà été cartographiés par interprétation directe d’images de télédétection (photographies aériennes ou mosaïques de faciès acoustiques). Vue ainsi, la cartographie directe ressemble à de la « peinture à numéros », où l’on affecte un attribut (une couleur) à une zone prédéfinie. Par contre, dans la
cartographie « modélisée », la segmentation initiale du territoire à lever ne fait qu’orienter la campagne de terrain. Une fois les échantillons recueillis, la segmentation initiale est abandonnée, et l’on procède à une analyse intégrée des données biologiques et physiques ainsi que des données sur la couverture (données de télédétection ou résultant d’un modèle spatial) pour produire une carte où les habitats sont classifiés. Ainsi, les données de terrain ont une influence non seulement sur la classification, mais aussi sur la délimitation des habitats. Le chapitre 4 « Comment réalise-t-on une carte ? », fournit des explications plus détaillées sur ces deux approches de la cartographie, mais les deux exigent des données fondamentales sur la nature physique des substrats et sur leurs
biocénoses. Voir à ce sujet les paragraphes 2.5.1.1 « Données physiques » et 2.5.1.2
« Données biologiques » du présent chapitre.
En second lieu, une campagne de terrain donne l’occasion de vérifier la validité, la nature et l’emplacement des frontières supposées entre les types de terrain, les segments ou les
habitats déterminés auparavant, ce qui requiert une forme d’échantillonnage par l’observation. Pour des cartes vectorielles aussi bien que maillées, il faut vérifier que les frontières tracées correspondent sur le terrain à de réels changements d’habitat et non à des artefacts des données de télédétection ou à des erreurs d’interprétation. Un ciel partiellement nuageux risque de produire des ombres différentes sur des photographies aériennes, tout comme les changements de pente sur les images produites par un sonar
à balayage latéral. Mais dans un cas comme dans l’autre, cela ne correspond à aucun changement réel de type d’habitat sur le terrain. Le seul fait de constituer des mosaïques d’images peut introduire de fausses frontières d’ombre (voir les orthophotographies de la figure précédente). Lorsqu’une image montre une gradation d’un type de terrain à un autre, l’observation sur le terrain contribue à déterminer la position exacte et le type de frontière (nette ou progressive) entre différents habitats.
Effort d’échantillonnage
L’ampleur de la campagne de terrain requise dépend de plusieurs facteurs, dont l’hétérogénéité du territoire étudié ainsi que les exigences du programme quant au degré de fiabilité des cartes et au niveau de détail de classification des habitats.
Évidemment, un territoire hétérogène comportant plusieurs types de terrain demande davantage d’échantillonnage qu’un territoire homogène où les types de terrain sont peu nombreux. De plus, si un type de terrain est lui-même hétérogène (c’est-à-dire un substrat mixte), il faut davantage d’échantillons pour déterminer la gamme des habitats qu’il contient (voir plus loin la notion d’« analyse d’allocation optimale »).
Le degré de fiabilité d’une carte tend à augmenter avec le nombre d’échantillons, qui abaisse le degré d’incertitude quant à l’exactitude de la classification. L’affectation d’une
classe d’habitat sur la foi d’un seul échantillon est moins sûre que si l’on dispose par exemple de cinq échantillons qui ont tous les mêmes caractéristiques. Par conséquent, il faut une densité d’échantillonnage plus grande dans les programmes qui exigent des
cartes d’un haut degré de fiabilité. Quatre stratégies d’échantillonnage théoriques ont été présentées à la sous-section 2.3.4 « Stratégie d’une campagne de terrain » et le chapitre
5 « Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? » aborde plus en détail l’évaluation de la
fiabilité d’une carte.
Il est dans la nature des typologies hiérarchiques de faire appel à différents types d’information à différents niveaux typologiques. Par conséquent, plus la classification doit
être précise, plus il faut d’information (voir plus haut le tableau du paragraphe 2.1.1.1
134 2 - Que veut-on cartographier ? d’exemples des niveaux 3, 4 et 5 de la typologie E
UNIS
). Certains niveaux de la hiérarchie ne requièrent que des données physiques, alors que d’autres nécessitent des données physiques et biologiques, ce qui peut entraîner des exigences d’échantillonnage supplémentaires. Par contre, si un niveau exige à peine plus de détails que le niveau précédent (p. ex. identification de l’espèce plutôt que de la famille des organismes), cette exigence peut être satisfaite par une analyse plus poussée des échantillons disponibles.
Une biocénose comprend à la fois l’endofaune et l’épifaune (en plus de la flore), et il faut donc échantillonner les deux pour obtenir une description complète de l’habitat. Un prélèvement ou appareil unique est rarement adéquat pour l’échantillonnage des deux types de faune. Il est donc normal de les échantillonner séparément avec des appareils et des protocoles spécialement adaptés (voir le chapitre 3 « Comment se fait l’acquisition des données ? »).
Campagne de terrain orientée
Les techniques de terrain peuvent différer grandement entre les domaines intertidal et subtidal. L’observation humaine directe est une technique de terrain particulièrement efficace et très souvent employée en zone intertidale, où les sites d’échantillonnage sont facilement accessibles. Chaque observateur recueille effectivement un grand nombre d’« échantillons » visuels sur une vaste gamme d’échelles spatiales. Il a la capacité d’évaluer très rapidement le littoral par rapport à la carte issue de la télédétection (p. ex. une photographie aérienne) et d’orienter l’effort (ad hoc) d’échantillonnage vers les zones où il est le plus nécessaire. Un simple levé à pied peut suffire à compléter sur le terrain les données de télédétection. Dans les zones subtidales de petit fond, des plongeurs arrivent à faire des observations directes aussi efficaces, mais les zones qu’ils couvrent sont limitées par la mobilité et la visibilité sous l’eau.
Exemples de diverses techniques de campagne de terrain. De gauche à droite : levé à pied, plongée en eau peu profonde, levé vidéo, prélèvement à la benne. (Crédits photo : 1 et 2 – JNCC, 3 et 4 –
Cefas)
Pour les zones de plus grand fond du domaine subtidal (en général au large du littoral), la campagne de terrain repose souvent entièrement sur l’utilisation d’une variété de dispositifs d’échantillonnage à distance tels que bennes, chaluts, caméras vidéo et appareils photographiques, dont le choix est abordé à la sous-section 2.5.2 « Choix d'un ensemble d'outils ». Comme l’effort d’échantillonnage ne peut pas être orienté ad hoc par des observations directes, il faut déterminer la densité d’échantillonnage d’après des règles a priori. Ces règles sont abordées plus en détail à la sous-section 2.5.3
« Conception d'une campagne de terrain ».
Nombre d’échantillons
La campagne de terrain constitue une étape cruciale de la classification des habitats. Elle doit donc être efficace sans être excessive. Le risque d’être surchargé d’échantillons tient
à la fois au nombre d’échantillons et aux modalités d’analyse. Comme l’acquisition d’échantillons est souvent la partie la plus coûteuse d’une campagne de terrain, il semble
2 - Que veut-on cartographier ? 135 normal de s’assurer que l’on tire le maximum de chaque échantillon en le traitant d’une manière approfondie. Il est toujours possible de regrouper des données détaillées pour produire une carte à échelle globale, mais l’inverse est impossible : on ne peut pas déduire des détails à partir de données superficielles. À long terme, il est plus rentable d’acquérir des données une seule fois et de les utiliser à plusieurs reprises, plutôt que de devoir répéter l’échantillonnage pour répondre à différents besoins.
Le choix stratégique d’un ensemble de techniques d’échantillonnage peut réduire l’effort total exigé par une campagne de terrain, étant donné que plusieurs techniques fournissent des données à la fois physiques et biologiques. Par exemple, un prélèvement
à la benne est susceptible de donner de l’information tant sur la nature des sédiments que sur la composition de la biocénose. Dans la conception d’une campagne de terrain, il est important de considérer la complémentarité à la fois des sites et des techniques d’échantillonnage. Pour plus de détails à ce sujet, voir les sous-sections 2.5.2 « Choix d'un ensemble d'outils » et 2.5.3 « Conception d'une campagne de terrain ».
Descripteurs des conditions environnementales importantes pour la détermination des classes d’habitat des zones littorale, infralittorale et circalittorale
Salinité
(parties/1000)
Courant de marée
(nœuds) [m/s]
Exposition aux vagues
(catégorie)
Faible
(< 18)
Réduite
(18–30)
Normale
(30–35)
Variable
(18
↔35)
Très faible
([négligeable])
Faible
(< 1) [< 0,5]
Modéré
(1–3) [0,5–1,5]
Fort
(3–6) [1,5–3]
Très fort
(> 6) [> 3]
Extrêmement abrité
Très abrité
Abrité
Modérément abrité
Exposé
Données connexes
Une campagne de terrain constitue également une occasion d’acquérir des données ou de l’information (observations) environnementales servant de descripteurs des classes d’habitat, telles que la salinité, les courants de marée et l’exposition aux vagues (voir le tableau ci-dessus). Des mesures précises des variables (p. ex. le courant de marée) ne sont généralement pas nécessaires, et les bornes des catégories mentionnées dans le tableau (p. ex. « fortes marées » pour un courant de marée de 1,5 à 3,0 m/s) sont données à titre indicatif et non définitif.
2.5.1.1 - Données physiques
La campagne de terrain doit viser à fournir de l’information sur les propriétés géophysiques du substrat benthique, qui ont une forte influence sur les types d’organismes qu’il est capable d’héberger. Il est sage de déterminer avec précision le genre d’information physique que les échantillons de la campagne de terrain doivent donner, car cela permet de savoir si une analyse sommaire suffit ou s’il faut une analyse détaillée (beaucoup plus longue et coûteuse).
136 2 - Que veut-on cartographier ?
Dans le cas de sédiments, une analyse granulométrique peut être requise pour déterminer la répartition de la taille des grains. En plus de donner le type des grains
(vase, sable, gravier, etc.), cette analyse indique jusqu’à quel point les sédiments sont uniformes ou mixtes (p. ex. gravier sableux, sable vaseux, sable graveleux). Une analyse des caractéristiques physiques et chimiques des sédiments (p. ex. compacité, tensions de
cisaillement, porosité, contenu en oxygène selon la profondeur, etc.) peut également être souhaitable. La proportion de matériaux biogènes (p. ex. fragments de coquille) peut aussi influencer l’adéquation d’un substrat comme habitat pour un organisme particulier.
Des comptes rendus d’analyses granulométriques et géophysiques sont donnés dans la recension M
ESH
des normes et protocoles pour la cartographie des habitats benthiques, contenue dans le fichier M
ESH
_Standards_&_Protocols_2nd Edition_26-2-07.pdf
(Coggan
et al., 2007). Il est à noter que les analyses détaillées de sédiments sont longues et coûteuses, et qu’elles donnent parfois beaucoup plus d’information que certaines
typologies des habitats n’en requièrent.
Détermination de la répartition de la taille des grains d’un échantillon de sédiment (à gauche) par des techniques de tamisage à sec (au centre) et humide (à droite) (photos gracieuseté du Cefas)
Dans le cas des substrats durs (rocher, blocs, gros cailloutis), une interprétation lithologique peut être utile, car divers types de roche ont des propriétés physiques différentes (p. ex. dureté, friabilité) qui ont une influence sur les types d’organismes qui les colonisent (p. ex. les organismes fouisseurs préfèrent des roches plus tendres).
Pour certaines typologies, une description générale suffit si elle comporte une indication du type principal de substrat et sableux, sable vaseux, etc.). Il existe plusieurs typologies des sédiments. Le tableau ci-après compare les trois
typologies les plus souvent employées pour les programmes européens de
cartographie des habitats : les typologies
Folk, Wentworth et MNCR. La typologie
E
UNIS
utilise la terminologie de la
typologie MNCR, mais à certains niveaux elle recourt à des termes vagues tels que
« mixte » ou « grossier », faciles à affecter à une structure par simple observation visuelle.
2 - Que veut-on cartographier ? 137
2.5.1.2 - Données biologiques
L’information biologique recherchée dans la campagne de terrain dépend en grande partie de la portée du programme de cartographie. Certains programmes ne demandent qu’une description sommaire des habitats et n’exigent aucune information biologique.
D’autres se contenteront d’une description générale des biotes à l’aide de catégories des formes de vie telles que « prairie de Laminaires » ou « herbier de Zostera » que l’on peut déterminer par simple observation. D’autres exigeront une analyse quantitative complète visant l’identification des habitats à un niveau détaillé d’une typologie (p. ex. niveaux 5 et
6 de la typologie E
UNIS
), ou encore une analyse statistique solide afin de distinguer des
biocénoses selon leur composition. Le niveau de détail requis doit être déterminé à partir du rapport sur la portée du projet (voir sous-section 2.1.2) et du cahier des charges des levés (voir sous-section 2.3.5).
Aux fins de la cartographie des habitats, l’information biologique se limite à la macrofaune et à la macroflore. La macroflore se limite à la zone photique et est généralement fixée à un substrat. La macrofaune est présente à toutes les profondeurs. Elle comprend l’endofaune (vivant dans le substrat) et l’épifaune (vivant sur le substrat) ; elle est sessile ou mobile. Cela a des conséquences sur le cahier des charges de la campagne de terrain, car il n’y a pas de méthode unique permettant d’échantillonner de manière efficace tous ces éléments fauniques. Certains se prêtent mieux que d’autres à l’échantillonnage (ou au recensement), avec pour résultat que les typologies existantes peuvent favoriser l’endofaune dans une partie et l’épifaune dans une autre. Il faut dont une bonne connaissance pratique des typologies existantes pour que la campagne sur le terrain fournisse l’information biologique voulue.
Lorsque le programme de cartographie commande des prélèvements (par opposition à une simple observation), l’objectif visé est de décrire la composition de la biocénose par la liste et l’abondance relative des espèces présentes, qui peuvent être établies par des moyens quantitatifs ou semi-quantitatifs. Des mesures quantitatives sont données par l’abondance (nombre d’individus de chaque espèce) ou la biomasse (poids total des individus de chaque espèce). Il est souvent bon de noter les deux, afin de ne pas laisser de côté les organismes coloniaux ou incrustés, indénombrables du fait qu’ils n’existent pas en tant qu’« individus ». L’abondance et la biomasse des organismes sont les quantités les plus souvent mesurées lorsque l’on fait des prélèvements, par exemple à la benne ou au chalut. Par convention, on exprime l’abondance en nombre par unité d’aire, même dans le cas de prélèvements à la benne ou de carottages susceptibles de donner chaque fois des volumes de sédiments différents.
Des mesures semi-quantitatives consistent à noter la présence de chaque espèce sur une
échelle d’abondance relative comme l’échelle « SACFOR » (voir le tableau suivant) mise au point pour les études du programme MNCR (Marine Nature Conservation Review –
Examen de la conservation de la nature en milieu marin) sur les habitats marins (voir la page http://www.jncc.gov.uk/page-2684 pour de plus amples détails sur son utilisation).
De telles échelles conviennent surtout lorsque l’on observe les biocénoses sur place, par exemple sur le littoral, en plongée ou avec des photographies et vidéos sous-marines.
Elles sont particulièrement utiles dans les habitats où la faune et la flore caractéristiques sont fixées au substrat (p. ex. un affleurement rocheux) et ne se prêtent pas à des mesures quantitatives de l’abondance et de la biomasse. On évalue alors l’abondance relative des espèces selon leur densité ou leur pourcentage de couverture d’une certaine surface (p. ex. 1 m
2
).
138 2 - Que veut-on cartographier ?
S
Échelle « SACFOR » d’abondance relative des espèces
Code Signification
Surabondante
A
Abondante
C
Commune
F
Fréquente
O
Occasionnelle
R
Rare
2.5.2 - Choix d’un ensemble d’outils
Certains programmes de cartographie requièrent une information qui va au-delà de l’observation directe, parce que le territoire n’est pas complètement accessible (p. ex.
habitats sublittoraux) ou que certaines données quantitatives sont nécessaires pour fournir une information détaillée sur la composition de la biocénose et la nature des sédiments. La campagne de terrain doit alors recourir à des dispositifs (outils) de prélèvement d’échantillons à analyser. Comme aucun outil ne permet d’échantillonner de manière efficace tous les types de substrat et de biote, il faut choisir un ensemble d’outils.
Le tableau ci-après énumère les types et variantes d’outils les plus souvent utilisés pour l’échantillonnage du fond de la mer, déjà abordés à la sous-section 2.3.2 « Outils et techniques d’échantillonnage ».
Technique
Prélèvements à la benne
Techniques et outils d’échantillonnage du fond de la mer
Variations
Hamon, Day, Smith-McIntyre, Van Veen, Shipek,
Carottage Carottier-boîte, Nioz, Vibrocore, carottage multiple
Dragage
Vidéo et photographie
Drague à huîtres, drague à coquilles St-Jacques, Naturalist, Rallier du Batty, drague à roches, drague à ancre
Caméras remorquées ou fixées sur un bâti vertical, véhicules téléguidés, imagerie des profils sédimentaires (IPS)
L’importance du choix de techniques adaptées aux conditions de levé prévues (p. ex. profondeur, état de la mer, type de substrat, turbidité, etc.) a également été abordée plus tôt, au paragraphe 2.3.2.2 « Adéquation des outils de levé ». Après avoir déterminé qu’une technique est adéquate, il faut ensuite réfléchir aux outils ou variantes de cette technique qui seront les plus utiles. Les variantes tendent à se multiplier parce qu’un outil unique n’est pas toujours adapté dans toutes les circonstances. À titre d’exemple, les bennes à double godet de Day, Smith-McIntyre et Van Veen ont tendance à ne pas bien fonctionner pour des substrats grossiers, car des pierres se coincent entre les mâchoires et les empêchent de se fermer et de retenir l’échantillon prélevé. La benne Hamon est plus efficace dans les substrats grossiers puisqu’elle comporte un seul godet qui fonctionne comme une cuillère plutôt que comme des mâchoires. Une description plus détaillée des outils disponibles ainsi que de leurs possibilités et limites est donnée dans la
2 - Que veut-on cartographier ? 139 recension M
ESH
des normes et protocoles pour la cartographie des habitats benthiques, contenue dans le fichier M
ESH
_Standards_&_Protocols_2nd Edition_26-2-07.pdf
(Coggan
et al., 2007).
Le choix des outils doit également correspondre aux capacités du navire à partir duquel on les utilise. Évidemment, le navire doit permettre de déployer et de récupérer l’instrument en toute sécurité, mais il faut aussi prendre en considération le pilotage du navire pendant l’utilisation de l’instrument. Souvent, une caméra exige que le navire avance et maintienne son cap à une vitesse très réduite (~ 0,5 nœud). Un véhicule téléguidé de grande taille peut avoir besoin de câbles de treuillage et d’une alimentation
électrique propres.
Dans la plupart des cas où l’échantillonnage se fait à partir d’un navire, il faut recourir à au moins deux techniques de prélèvement de la faune à chaque station, une pour l’endofaune (p. ex. benne ou carottage) et une pour l’épifaune (p. ex. chalut ou drague).
Dans les habitats du domaine subtidal, des techniques visuelles (plongeur ou caméra) peuvent également être nécessaires pour échantillonner des organismes, notamment incrustés ou fixés, qui ne se prêtent pas à d’autres techniques de prélèvement. Dans les zones intertidales, l’échantillonnage visuel direct est généralement suffisant pour déterminer la macrofaune et la macroflore, mais il faut prélever des échantillons de sédiments pour déterminer l’endofaune. Dans certains cas, on prélève des échantillons quantitatifs de l’épifaune intertidale si celle-ci n’est pas facile à étudier sur place.
Échantillonnage biologique d’une vasière intertidale (à gauche) par des moyens visuels pour l’épifaune et par carottage à la main pour l’endofaune (à droite). En eau profonde, on peut avoir besoin de techniques visuelles pour échantillonner la faune fixée ou incrustée (au centre), et de bennes ou de carottiers pour l’endofaune. (Photos : Alterra, Cefas, JNCC)
Le besoin d’échantillonner une gamme de substrats, de la vase jusqu’au rocher, à la recherche d’organismes sessiles ou mobiles vivant sur ou dans les sédiments peut donner l’impression qu’il faut une quantité considérable d’outils de prélèvement et une campagne de terrain exhaustive. Cela ne devrait pas être le cas. Il est évident que certaines techniques d’échantillonnage sont capables de fournir de l’information pertinente sur les aspects physique et biologique des habitats. À titre d’exemple, des prélèvements à la benne donnent des échantillons qui permettent de décrire le type de sédiment et l’endofaune, et la vidéo sous-marine procure de l’information sur les sédiments de surface et l’épifaune. La campagne de terrain peut être optimisée par le choix judicieux de quelques outils donnant plusieurs types d’information, comme on l’explique ci-après dans Techniques complémentaires d’échantillonnage sur le terrain.
Techniques complémentaires d’échantillonnage sur le terrain
On a plusieurs fois fait allusion au choix de techniques d’échantillonnage complémentaires comme moyen d’optimiser une campagne sur le terrain. Cela suppose d’examiner les possibilités des diverses techniques au regard du type d’information ou d’échantillons que la campagne de terrain doit fournir. Cette partie du Guide M
ESH
vise à vous orienter quant aux questions à se poser plutôt qu’à donner « la réponse ». Comme chaque campagne de terrain est menée dans des circonstances qui lui sont propres, il ne
140 2 - Que veut-on cartographier ? serait pas approprié de faire ici des recommandations autrement qu’en termes très généraux.
Le tableau suivant donne une évaluation d’un certain nombre de techniques d’échantillonnage selon les types d’information recherchés dans une campagne de terrain. Les cases sont colorées en vert dans le cas des techniques pertinentes pour un type d’information, et en rose sinon. Les cases en vert contiennent une cote qui indique l’efficacité relative de la technique :
3 = totalement efficace (ou quantitative)
2 = modérément efficace (ou semi-quantitative)
1 = partiellement efficace (ou qualitative)
Il s’agit de choisir un ensemble de méthodes qui donnent au total l’échantillonnage le plus efficace. Pour cela, on additionne les cotes d’une même ligne, l’objectif étant d’atteindre une cote totale de 3 (totalement efficace) sans trop la dépasser. L’exemple qui suit se rapporte à un échantillonnage en domaine subtidal sur un fond de sédiments mixtes
(N.B. : On suppose ici que les plongeurs ne font que des observations visuelles, c’est-àdire qu’ils ne sont pas munis d’autres appareils d’échantillonnage).
Types d’information à obtenir
Prélève
-ment à la benne
Carottage
Techniques générales d’échantillonnage
Imagerie des profils sédimentaires
Chalu- tage
Plongée Vidéo
Photographie
Description des figures
sédimentaires
Description des substrats
3 3 3
2
2
2
2 2
Analyse granulométrique
3 3 2
Mesures géotechniques
Examen du profil sédimentaire
Détection des frontières entre habitats
Échantillonnage de l’épifaune
Échantillonnage de l’endofaune
3
3
3
3
1
3
2
1
3
1
1
3
1 1
Pour échantillonner à la fois l’endofaune et l’épifaune, il faut une combinaison de prélèvements à la benne ou de carottage, et de chaluts avec une technique d’observation
(plongeur, caméra vidéo ou appareil photographique). Ni les chaluts, ni les techniques d’observation ne sont totalement efficaces pour l’échantillonnage de l’épifaune, mais une combinaison des deux serait très bonne. Combinés aux prélèvements à la benne, ils constituent un ensemble bien adapté à l’échantillonnage de sédiments grossiers, où le carottage est moins efficace. Pour des sédiments plus meubles, il serait préférable de
2 - Que veut-on cartographier ? 141 remplacer le prélèvement à la benne par l’utilisation d’un gros carottier, par exemple un carottier-boîte ou un carottier NIOZ.
Il n’y a pas beaucoup à gagner à utiliser à la fois le carottage et l’imagerie des profils sédimentaires (IPS), puisque toute l’information fournie par l’ISP peut être obtenue par carottage, parfois de manière plus efficace. Par contre, si le carottage n’est pas possible, l’ISP combiné à des prélèvements à la benne est un substitut raisonnable.
Évidemment, certaines techniques sont impraticables selon les conditions, par exemple les caméras vidéo en eau trouble, le prélèvement à la benne ou le carottage dans des substrats rocheux, etc. Certains outils peuvent être plus efficaces que d’autres, mais coûter beaucoup plus cher (p. ex. un véhicule téléguidé par rapport à une caméra fixée sur un bâti vertical). Le choix d’un ensemble d’outils d’échantillonnage doit donc
évidemment reposer sur une connaissance des circonstances des levés et des conditions dans lesquelles ces instruments seront utilisés. Il est toutefois vrai que plus les techniques choisies sont complémentaires, plus les levés seront efficaces.
2.5.3 - Conception d’une campagne de terrain
Les éléments à considérer dans la conception d’une campagne de terrain ne sont pas les mêmes en zone intertidale et en domaine subtidal. Cela tient en grande partie au fait que les estrans sont facilement accessibles et permettent une approche adaptative des levés, où les décisions précises concernant le lieu et la nature de l’échantillonnage peuvent être prises sur le terrain. Dans le cas d’une campagne de terrain à bord d’un navire, on a beaucoup moins de souplesse puisqu’il faut amener le navire à un endroit prédéterminé pour recueillir un ou plusieurs échantillons en se servant d’un ensemble d’outils choisis à l’avance. Cela est illustré plus abondamment aux paragraphes 2.5.3.1 « Campagne de terrain en zone intertidale » et 2.5.3.2 « Campagne de terrain en domaine subtidal », plus loin dans ce chapitre, mais ici nous mettons l’accent sur des considérations plus générales applicables à la fois aux campagnes de terrain en zone intertidale et en domaine subtidal.
Échantillonnage représentatif
Comme on l’a déjà mentionné, l’échantillonnage doit être représentatif plutôt qu’exhaustif.
Il doit donc être conçu de manière à ce que tous les types de terrain soient couverts et qu’un nombre comparable d’échantillons soient obtenus pour chaque type de terrain. Ce dernier point est particulièrement important lorsque les échantillons font ultérieurement l’objet d’une forme quelconque d’analyse statistique (p. ex. analyse des groupes ou
classification supervisée des données de télédétection), afin de minimiser les effets des biais d’échantillonnage. Dans la sous-section 2.3.4 « Stratégie d'une campagne de terrain », on a vu quatre stratégies donnant un échantillonnage équilibré. On a aussi mentionné le besoin de stratifier l’échantillonnage en fonction des gradients des variables environnementales importantes (p. ex. profondeur, salinité, vitesse du courant, exposition aux vagues) ainsi que des zones biologiques reconnues (littorale, infralittorale, circalittorale, etc.).
142 2 - Que veut-on cartographier ?
Exemples de quatre stratégies de campagne de terrain donnant un
échantillonnage équilibré potentiellement représentatif de chaque type de terrain.
La stratégie choisie dépend de la portée et de la finalité du programme de cartographie.
La première convient pour une carte à échelle globale donnant une information sommaire, et la quatrième pour une carte à échelle fine utilisée à des fins de surveillance. Si le financement le permet, on peut adopter une stratégie semblable à la quatrième
(nombreux échantillons de chaque zone) pour une carte à échelle globale qui exige un degré de certitude plus élevé que ce que donne l’option 1 (peu d’échantillons de chaque type de terrain). La stratégie est aussi fonction de la segmentation du territoire résultant des levés par télédétection, qui dictent les grandes lignes du plan de campagne de terrain, comme le montre la figure ci-après.
Exemple de stratégie d’échantillonnage appliquée à un territoire segmenté
L’effort d’échantillonnage vise à cibler les divers types de terrain d’une manière
(relativement) équitable. Chaque point du schéma représente un site d’échantillonnage, qui définit de manière générale l’endroit où l’échantillonnage aura lieu. Dans chaque type de terrain, les sites d’échantillonnage sont répartis de façon aléatoire ou désordonnée, afin de minimiser les effets d’autocorrélation spatiale : les échantillons prélevés à proximité les uns des autres sont plus susceptibles d’être semblables que ceux prélevés à une plus grande distance (autrement dit, la similarité des échantillons est en relation inverse de la distance entre les sites d’échantillonnage). Lorsque la télédétection donne certains détails à l’intérieur d’un polygone cartographié, comme de grandes ondulations dans une zone de dunes hydrauliques, on peut vouloir placer des points d’échantillonnage de manière à cibler des parties précises de cette structure, par exemple les crêtes ou les creux des vagues.
2 - Que veut-on cartographier ? 143
Sites et stations d’échantillonnage
Il est facile de comprendre la différence entre un site et une station d’échantillonnage si l’on considère qu’un site est un lieu général où l’on compte prélever un échantillon, alors qu’une station est le lieu où le prélèvement est réellement effectué. Un site
d’échantillonnage est donc un lieu proposé, et une station un lieu d’échantillonnage effectif. La distinction est importante parce que, une fois arrivé sur un site
d’échantillonnage, on peut se rendre compte que le lieu désigné ne convient pas, et ce pour diverses raisons : il est occupé par une autre personne (ou un autre navire), ou il y a un petit bout de terrain dur là où l’on comptait faire un prélèvement à la benne. Dans un cas comme dans l’autre, il faut s’éloigner de l’endroit prévu pour prélever l’échantillon voulu. Si elles sont différentes, il est important de noter la position réelle plutôt que la position prévue de l’échantillonnage, en particulier s’il faut être capable de revenir ultérieurement au même endroit afin de faire un suivi.
En zone intertidale, les sites d’échantillonnage peuvent être spécifiés sous forme d’une liste de structures à échantillonner, par exemple une plage ou un affleurement rocheux, et il incombe aux opérateurs de terrain de faire une reconnaissance du site afin de décider des meilleurs lieux d’échantillonnage. Une autre possibilité consiste à spécifier dans le plan de campagne les positions précises d’échantillonnage, par exemple un cheminement dans un marais maritime.
En domaine subtidal, il est normal de prévoir des stations d’échantillonnage à des points précis où le navire doit aller, mais il est irréaliste d’espérer que le navire s’arrête ou maintienne sa position exactement aux endroits prévus. En pratique, on considère une position prévue comme le centre d’un cercle dans lequel l’échantillon doit être prélevé.
Une station d’échantillonnage est donc définie par un point et par un cercle centré autour de ce point
Station d’échantillonnage
définie par un point et un cercle de 200 m de diamètre autour de ce point
Cette façon de faire est très commode pour les levés en mer, puisque le navire n’a qu’à demeurer à l’intérieur du cercle pendant l’échantillonnage et qu’il peut remorquer un chalut et des traîneaux munis de caméras à l’intérieur du cercle dans la direction qui convient le mieux étant donné les conditions de marée et de vent. Le diamètre du cercle est ajustable en fonction de la précision spatiale voulue. Dans le cas de navires peu sophistiqués, la position prise en note de la station d’échantillonnage peut être celle du point central du site, qualifiée par une mesure de précision spatiale (p. ex. ± 100 m pour un cercle de 200 m de diamètre). Dans le cas de navires et de levés plus perfectionnés, un GPS permet d’enregistrer la position précise de la station d’échantillonnage à l’intérieur du site. Dans le cas de prélèvements en un point précis (p. ex. à la benne ou par carottage), la position doit être enregistrée au moment où l’appareil touche le fond. Dans le cas d’un échantillonnage linéaire (p. ex. au chalut ou à l’aide d’une caméra remorquée), on peut enregistrer la position au début et à la fin de la prise de l’échantillon, ou encore l’enregistrer automatiquement à intervalles rapprochés (p. ex. toutes les 30 secondes) pendant la durée de l’opération. Il faut se rappeler que la position enregistrée est celle de l’antenne du GPS. Si l’instrument d’échantillonnage est à une distance notable (> 5 m) de
144 2 - Que veut-on cartographier ? l’antenne, il faut tenir compte de ce décalage par rapport à la position enregistrée. Il y a aussi un intérêt scientifique à savoir que des échantillons de l’endofaune, de l’épifaune et des substrats viennent tous d’une aire bien définie et qu’ils peuvent être considérés comme représentatifs d’un même habitat (à condition évidemment de supposer ou de démontrer que l’habitat est uniforme dans tout le cercle en question).
Réplicats
L’une des tâches les plus difficiles de la conception d’une campagne de terrain est de déterminer le nombre de réplicats nécessaires pour obtenir une couverture représentative d’un type de terrain. Si la stratégie de base des levés a établi qu’il y aurait une station
d’échantillonnage par segment (polygone cartographié), la seule question porte sur la meilleure combinaison d’outils à employer dans la limite des budgets disponibles. Par contre, s’il est prévu de prélever plusieurs échantillons, la répartition optimale de l’échantillonnage risque d’être complexe à établir, étant donné le grand nombre de variables à prendre en considération.
Premièrement, il faut tenir compte de la variété des types de terrain à échantillonner et de l’ensemble d’outils choisi (voir plus haut). Deuxièmement, il faut considérer l’information que ces outils doivent fournir (voir également plus haut). Troisièmement, il faut tenir compte de ce qui est faisable en pratique dans les limites des ressources disponibles
(temps, budget, équipement, personnel). Un certain nombre de règles empiriques simples constituent un point de départ utile pour l’élaboration d’un plan de campagne plus complexe.
La première règle a trait au nombre minimal d’échantillons requis. L’utilisation de réplicats
à l’intérieur d’un polygone ou type de terrain vise à tester l’hypothèse selon laquelle la zone en question est homogène. Un seul échantillon suppose une telle homogénéité et ne permet pas de la tester. Deux échantillons pourraient en théorie fournir une réponse
« oui » ou « non », mais en pratique jamais deux échantillons d’un habitat benthique ne sont identiques (avec exactement le même type de sédiment et la même composition de la biocénose), de sorte que deux échantillons sont peu utiles en pratique, sauf si l’on fait appel à l’avis d’experts, auquel cas cela revient à tester les deux échantillons par rapport aux nombreux « échantillons virtuels » qui constituent l’expérience de l’expert. Il faut disposer d’au moins trois échantillons réels pour évaluer formellement le degré d’hétérogénéité ou d’homogénéité d’un type de terrain, à l’aide d’indices univariés de dispersion (moyenne, variance, dissymétrie, etc.) décrivant la variabilité des échantillons.
De telles statistiques sont rarement citées dans le contexte de la cartographie des
habitats, mais elles constituent le fondement de notre avis subjectif. Il est toutefois probable qu’on les utilisera de plus en plus souvent pour indiquer le degré de fiabilité d’une carte.
La première règle empirique est donc qu’il faut au moins trois échantillons partout où le cahier des charges des levés indique qu’il faut des réplicats.
La seconde règle a trait au besoin de maintenir le caractère représentatif des échantillons avec l’augmentation de la taille d’un segment « homogène ». Plus un segment est grand, plus la probabilité de différences dans l’habitat est grande. Le nombre d’échantillons prélevés devrait donc augmenter proportionnellement à la taille du segment. Chacun peut ici fixer sa propre règle empirique selon les besoins perçus et les circonstances des levés.
L’exemple donné dans le tableau ci-dessous a été utilisé pour des levés à échelle
intermédiaire de substrats de sable et de gravier au large des côtes en Manche et en mer du Nord. À partir d’un minimum de trois échantillons dans toute zone « homogène » d’au plus 1 km
2
, on augmente de 1 le nombre d’échantillons pour chaque km
2
supplémentaire
(voir le paragraphe 2.5.3.2 « Campagne de terrain en domaine subtidal »).
2 - Que veut-on cartographier ? 145
Règle empirique d’échantillonnage de zones homogènes pour des levés d’habitats benthiques en mer
Aire de la zone Nombre d’échantillons
< 1 km
2
3
De 1 à 2 km
2
4
De 2 à 3 km
2
5
De 3 à 4 km
2
6
De 4 à 5 km
2
7
Etc. Etc.
Ces règles de base aident à fixer le nombre minimal de sites d’échantillonnage, mais il est
évident qu’elles ne s’appliquent pas à toutes les situations. Il faut les modifier dans le cas d’une zone très hétérogène, par exemple un littoral étroit, ou d’un type de terrain qui s’étend très loin au large des côtes.
Un autre scénario est celui où la télédétection a donné une segmentation complexe du territoire, ce qui est typique des cartes maillées produites à l’aide d’un SACLAF (voir le impraticable, et la campagne de terrain vise plutôt à faire un échantillonnage représentatif de chaque type de terrain. Foster-Smith (2007) recommande d’obtenir au moins cinq échantillons de chaque type de terrain.
Exemple de segmentation
matricielle
d’un territoire par un SACLAF. Chaque couleur représente un type de terrain différent.
Des méthodes statistiques peuvent aider à déterminer de manière plus objective le nombre d’échantillons requis pour caractériser un type de terrain, et une technique appelée Analyse d’allocation optimale (AAO) a été étudiée dans le cadre du projet M
ESH
.
Les concepts sous-jacents sont en principe simples :
– plus un type de terrain est hétérogène, plus il faut d’échantillons pour le caractériser ;
– pour que l’échantillonnage demeure représentatif, le nombre de réplicats doit augmenter avec l’aire de la zone à échantillonner ;
– plus le nombre d’échantillons est grand, plus la variabilité est établie avec une bonne
précision statistique.
146 2 - Que veut-on cartographier ?
Le nombre d’échantillons requis dépend donc de l’hétérogénéité du type de terrain, de son aire et de la précision statistique voulue. Il est possible d’évaluer l’hétérogénéité à l’aide d’un certain nombre de techniques modernes de télédétection qui produisent des données numériques. À titre d’exemple, un sonar à balayage latéral produit des images formées de pixels dont chacun a une teinte de gris. L’hétérogénéité à l’intérieur d’une partie de l’image correspondant à un type de terrain peut être décrite mathématiquement
à l’aide de fonctions statistiques de base (moyenne, variance, etc.). La variabilité donnée par la télédétection est un intermédiaire qui représente l’hétérogénéité d’un habitat, et l’analyse d’allocation optimale utilise cette mesure statistique pour calculer le nombre n d’échantillons nécessaire pour représenter la zone de manière adéquate et de rendre compte de V % de sa variabilité. Une simple opération algébrique permet de calculer V %
à partir d’un nombre n d’échantillons fixé à l’avance à cause de contraintes (budgétaires par exemple). L’application de l’analyse d’allocation optimale à la cartographie des
habitats en est à ses tout débuts, mais elle a des implications évidentes pour la conception (et les coûts) des campagnes de terrain. Le document OAA worked example v1.doc
donne des explications plus complètes ainsi qu’une étude de cas pilote. L’un des grands avantages d’une typologie hiérarchique des habitats est qu’il est toujours possible d’affecter une classe d’habitat à une zone. Par exemple, si tous les échantillons d’une zone montrent que le type de terrain est « sable fin », on lui affecte la classe « sable fin ».
Si certains échantillons montrent que le type de terrain est « sable fin » et que les autres montrent qu’il est de type « sable grossier », on peut affecter à la zone la classe moins précise mais néanmoins exacte de « sable ».
2.5.3.1 - Campagne de terrain en zone intertidale
En zone intertidale, la campagne de terrain a deux objectifs : la validation des données de télédétection et l’échantillonnage sur le terrain.
La validation est nécessaire pour vérifier l’exactitude horizontale et verticale du modèle
numérique de terrain (MNT) en faisant, par cinématique en temps réel à l’aide d’un GPS différentiel, des levés de sites de référence ou d’objets remarquables choisis sur des orthophotographies aériennes. Cela peut se faire à un moment quelconque du cycle de marée, car les points de référence sont généralement placés dans la partie supérieure des estrans ou en terrain sec. L’étude de cas Validating the digital terrain model.doc
présente la marche à suivre.
On fait une première interprétation des données de télédétection (images satellitaires, photographies aériennes, lidar, etc.) par classification non supervisée ou contourage manuel pour identifier les différents faciès et leurs frontières, et les représenter sur une
ébauche de carte physique. Les frontières peuvent être tranchées ou sous forme de transitions graduelles d’un type de faciès à un autre.
On planifie ensuite l’échantillonnage sur le terrain de manière à cibler différents faciès et frontières, en définissant un ensemble de cheminements et de lieux d’échantillonnage. La campagne sur le terrain se fait surtout par observation directe pour noter la nature des substrats et la biocénose qu’ils hébergent. Il faut faire un échantillonnage quantitatif de certains sites choisis représentant des types distincts de faciès, afin d’obtenir une
information détaillée sur la composition des biocénoses et la nature des sédiments (par analyse granulométrique).
2 - Que veut-on cartographier ? 147
Points d’échantillonnage et cheminements sur le terrain indiqués sur une orthophotographie d’un site d’étude au Croisic, en Bretagne
Si l’on analyse les données de télédétection à l’aide de techniques automatisées d’interprétation et de classification, il faut veiller à échantillonner avec soin les endroits qui serviront de « sites d’apprentissage » de la classification supervisée. Il faut un nombre suffisant d’échantillons et d’observations pour que les données acquises puissent être
« signatures » à employer pour la classification supervisée) et l’autre pour valider cette
interprétation par la suite.
Contrairement à une campagne en domaine subtidal, le travail de terrain en zone intertidale peut être beaucoup plus souple et s’adapter aux circonstances. Comme le terrain est facilement visible, il est possible de prendre des décisions et moduler le plan d’échantillonnage pendant le levé de telle sorte que les sites d’échantillonnage soient situés aux endroits les plus représentatifs. On peut également faire un échantillonnage ad
hoc, par exemple en traversant une zone de changement graduel d’un type de sédiment à un autre que l’on a reconnue sur place alors qu’elle n’était pas apparente dans les données de télédétection.
L’organigramme qui suit propose une séquence probablement optimale des opérations d’une campagne de terrain en zone intertidale. L’étude de cas Optimising intertidal zone field work.doc
fournit des détails supplémentaires.
Cet exemple illustre le fait que l’information acquise grâce à la campagne de terrain sert à faire une interprétation plus fine des données de télédétection afin de produire une carte morpho-sédimentaire. Si les données de télédétection comprennent des images numériques, on peut avoir recours à des techniques automatisées ou semi-automatisées de classification. Si l’on ne dispose que de photographies, l’interprétation se fonde sur l’avis d’experts. Les connaissances acquises grâce à la campagne de terrain servent à raffiner la carte et permettent d’identifier et de délimiter les habitats sur les plans physique et biologique selon la typologie utilisée (p. ex. E
UNIS
). La carte finale est ensuite validée à l’aide des données de validation.
Dans les zones de petit fond, la stratégie d’une campagne de terrain est semblable, à ceci près que l’échantillonnage et les observations sont plus difficiles à faire. Il arrive souvent
148 2 - Que veut-on cartographier ? que l’on utilise d’autres techniques de télédétection, telles que le sondeur monofaisceau, pour confirmer la présence de Laminaires, d’autres algues ou d’herbiers de phanérogames aux endroits les plus profonds et pour confirmer la nature du fond. Des plongeurs sont en mesure de faire des observations supplémentaires et l’on peut prélever
à la benne des échantillons de sédiments.
2.5.3.2 - Campagne de terrain en domaine subtidal
En domaine subtidal, la campagne de terrain vise à échantillonner les types de terrain et les structures reconnues par télédétection. Cela suppose donc que l’on alloue suffisamment de temps entre la campagne de télédétection et la campagne de terrain pour le traitement et l’interprétation des données de télédétection et la planification de la campagne de terrain. L’optimisation de la campagne de terrain comprend le choix de
2 - Que veut-on cartographier ? 149 techniques et de sites d’échantillonnage appropriés, et le temps que l’on passe à ce stade permet d’éviter des efforts inutiles consacrés à prélever des échantillons inadéquats à l’aide des mauvais instruments sur des sites non représentatifs.
Une bonne méthode consiste à faire appel à une série de techniques complémentaires qui, ensemble, donnent de l’information sur la nature des sédiments, de même que sur l’endofaune et l’épifaune qui leur sont associées. Dans le plan fictif ci-après, les différents faciès font l’objet de prélèvements à la benne pour échantillonner les sédiments et l’endofaune, et de prélèvements au chalut pour échantillonner l’épifaune. On utilise une caméra vidéo remorquée pour cibler et confirmer les frontières apparentes entre faciès.
Plan de campagne de terrain possible établi sur une
ébauche de carte physique résultant de levés effectués à l’aide d’un sonar à balayage latéral. Le territoire couvert mesure environ 4 km
× 10 km.
Dans le cas de substrats durs (gros cailloutis, blocs et rocher) le nombre de techniques d’échantillonnage efficaces est beaucoup plus réduit. On peut réussir à faire des prélèvements avec des dragues puissantes, mais le matériau biologique obtenu est alors généralement très endommagé. On préfère plutôt recourir à des techniques d’observation, à l’aide de caméras vidéo et d’appareils photographiques.
Il faut choisir les sites d’échantillonnage de manière à obtenir une bonne couverture spatiale de tout le territoire étudié, avec un certain nombre de réplicats au sein des divers types de terrain identifiés par télédétection. Il est souvent impossible d’échantillonner chaque occurrence de chaque type de terrain, mais il faut au minimum échantillonner au moins une fois chaque type de terrain, car l’absence d’échantillon limite sérieusement la possibilité d’affecter une classe d’habitat à un type de terrain. Un échantillonnage stratifié peut être nécessaire là où il y a une stratification manifeste du milieu, par exemple des différences importantes de profondeur ou de salinité, afin de disposer d’échantillons pour chaque strate environnementale.
Dans le cas d’un grand territoire (à l’échelon régional), il est impossible en pratique de réaliser un échantillonnage aussi dense que pour une zone ou un site, où la télédétection acoustique se fait avec une couverture totale. Souvent, dans les programmes de
cartographie régionaux ou à échelle globale, la couverture acoustique n’est que partielle.
La campagne de terrain se limite donc aux zones couvertes, là encore pour cibler les structures identifiées par télédétection. Dans ce cas aussi, il faut utiliser un ensemble de techniques d’échantillonnage, mais dans la pratique il faut exclure pour des raisons de
150 2 - Que veut-on cartographier ? coût l’utilisation de toutes les techniques à chaque station d’échantillonnage. Il faut donc prendre des décisions pragmatiques sur la ou les techniques à employer à chaque station. Cela exige une planification en soi et l’examen attentif des données acoustiques disponibles, afin de choisir les bons instruments pour chaque station potentielle d’échantillonnage. La figure ci-après illustre la campagne de terrain effectuée pour un levé géophysique à l’échelon régional dans le cadre du programme de cartographie des
habitats marins de la Manche orientale (James et al., 2007).
Campagne de terrain dans le cadre du programme de cartographie des
habitats
marins de la Manche orientale
Après avoir défini les exigences de la campagne de terrain (densité, techniques et
stations d’échantillonnage), il faut s’attarder à la logistique de la campagne, afin d’exploiter au mieux le temps de navigation disponible. Le plan de campagne détaillé doit faire l’objet de discussions avec le capitaine du navire pour détecter les éventuelles difficultés d’échantillonnage (couloirs de navigation, ou dangers dus à la présence d’engins de pêche fixes ou à la configuration du fond).
Si l’on compte faire appel à des techniques vidéo (en particulier des véhicules téléguidés), certains sites doivent être échantillonnés au moment d’une étale, afin d’éviter les moments de fort courant ou de turbidité élevée. Dans le cas d’un cheminement de caméra vidéo, il peut y avoir une direction préférentielle de parcours, par exemple tirer un traîneau dans le sens de la pente montante, contre la marée, ou d’un terrain lisse vers un terrain accidenté pour mettre fin au parcours lorsque les conditions de terrain deviennent trop difficiles (plutôt que de déposer la caméra en terrain accidenté et de devoir abandonner le remorquage). En outre, il est souvent préférable de guider une caméra fixée sur un bâti vertical du haut vers le bas d’un rocher abrupt plutôt que dans le sens inverse. Cela réduit le risque que le cadre de la caméra se coince contre le rocher.
2 - Que veut-on cartographier ? 151
Planification du cheminement d’une caméra vidéo fixée sur un bâti vertical audessus d’une structure en forte pente détectée par un sondeur multifaisceaux (les zones en vert sont moins profondes que celles en bleu). En commençant au sommet de la structure
(SOL) et en terminant à la base (EOL), on s’assure que la caméra ne traînera pas contre le rocher (image gracieuseté du Cefas).
On peut également réaliser des gains en répartissant le temps du navire entre diverses activités, par exemple les prélèvements à la benne et au chalut le jour, et l’échantillonnage vidéo ou photographique la nuit. Le fait de ne pas changer constamment d’instrument fait gagner beaucoup de temps. D’autre part, une telle répartition permet d’utiliser au mieux le temps du personnel. En effet, il faut généralement une équipe plus nombreuse pour prélever et trier des échantillons à la benne ou au chalut que pour faire fonctionner l’équipement vidéo. Si l’on alterne constamment entre les deux activités, plusieurs personnes risquent de rester à ne rien faire pendant les prises de vue.
La planification d’une campagne de terrain comprend l’évaluation du nombre de personnes requises et l’organisation du programme d’échantillonnage de manière à faire le meilleur usage possible de leur temps. Ici, l’équipage du RV Cefas Endeavour travaille au tri et au traitement d’un échantillon prélevé au chalut (photos gracieuseté du Cefas).
152 2 - Que veut-on cartographier ?
Le fichier EEC Aggregates Case Study1.pdf
et le diaporama PowerPoint EEC nested survey.pps
décrivent une étude de cas de levés imbriqués autour d’une concession d’extraction dans la Manche orientale.
Levés imbriqués en Manche orientale
2.6 - Exécution des levés
Le résultat du processus de planification répond de manière claire aux questions suivantes :
– que veut-on cartographier ? (finalité du programme, dans le rapport sur la portée du programme) ;
– pourquoi veut-on cartographier cela ? (objectifs du programme, dans le rapport sur la portée du programme) ;
– où a-t-on besoin de nouvelles données ? (analyse de l’existant) ;
(programme de levés, stratégie et cahier des charges des levés, choix des outils).
Cette information permet de préparer le travail de terrain, et notamment de dresser la liste de l’équipement nécessaire, sans oublier des pièces et appareils de rechange en nombre suffisant pour faire face aux éventuelles pannes.
Pour assurer la qualité des données acquises, la manipulation des appareils sur le terrain doit respecter des procédures reconnues. Il existe de nombreux protocoles et normes de levés, qui diffèrent toutefois selon l’objectif précis des levés et qui peuvent aller au-delà ou en deçà des exigences de la cartographie des habitats. C’est pourquoi au chapitre suivant, intitulé « Comment se fait l’acquisition des données ? », nous établissons un ensemble de lignes directrices recommandées pour chacune des techniques de levé dans le contexte d’un programme de cartographie des habitats.
2.7 - Remerciements
Nous tenons à remercier David Long (BGS) de sa contribution à certaines parties de ce chapitre, de même que les personnes suivantes pour leurs précieux commentaires sur les
ébauches de ce chapitre : Jon D
AVIES
et David C
ONNOR
(J
NCC
), Bob F
OSTER
-S
MITH
(E
NVISION
Ltd), David L
ONG
(B
GS
) et Vera van L
ANKER
(U
GENT
).
2 - Que veut-on cartographier ? 153
2.8 - Références
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154 2 - Que veut-on cartographier ?
Liens vers des documents
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Animation Flash
MD : http://www.searchmesh.net/default.aspx?page=1931
Scoping Report : http://www.searchmesh.net/default.aspx?page=1722
Scoping Report_Demo1 : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM2_Scoping_Report_Demo1_Eastern_Channel_habit
ats.pdf
Scoping Report_Demo2 : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM2_Scoping_Report_Demo2_Central_Channel_Anne x_I_Habitats.pdf
Scoping Report_Demo3 : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM2_Scoping_Report_Demo3_Brittany_oil_spill_sensiti vity.pdf
Scoping Report_Demo4 : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM2_Scoping_Report_Demo4_Brittany_coast_baseline
_monitoring.pdf
L’exemple d’un sommaire d’analyse de l’existant : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM2_Gap_analysis_pro_forma.pdf
L’étude de cas sur l’archipel de Glénan : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM2_Case_Study_Glenan_Archipelago.pdf
Guide de la typologie E
UNIS
: http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM1%20E
UNIS
_Habitat_Classification_Revised_2004.p
df
MNCR 04 05 introduction.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM1_MNCR_04.05_introduction.pdf
Catalogue des métadonnées de M
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WebGIS de M
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Remote sensing coverage.pps : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM2_Remote_sensing_coverage.pdf
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_Standards_&_Protocols_2nd Edition_26-2-07.pdf : http://www.searchmesh.net/default.aspx?page=1442
OAA worked example v1.doc : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM2_OAA_worked_example.pdf
Validating the digital terrain model.doc : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM2_Validating_the_digital_terrain_model.pdf
2 - Que veut-on cartographier ? 155
Optimising intertidal zone field work.doc : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM2_Optimising_intertidal_zone_field_work.pdf
EEC Aggregates Case Study1.pdf : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM2_Case_Study_EEC_Aggregates.pdf
EEC nested survey.pps : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM2_EEC_nested_survey.pdf
Liens vers des sites Web
Portail OceanNET : http://www.oceannet.org/
British Oceanographic Data Centre : http://www.bodc.ac.uk/
United Kingdom Hydrographic Office : http://www.ukho.gov.uk/
Data Archive for Seabed Species and Habitats : http://www.dassh.ac.uk/
Sea-Search : http://www.sea-search.net/
British Geological Survey : http://www.bgs.ac.uk/data/home.HTML
Cefas : http://www.cefas.co.uk/data.htm
IFREMER : http://www.ifremer.fr/sismer/index_UK.htm
CIEM : http://www.ices.dk/datacentre/data_intro.asp
Global Change Master Directory to Earth Science and services : http://gcmd.nasa.gov/KeywordSearch/Keywords.do?Portal=GCMD&KeywordPath=Paramete rs%7COCEANS&MetadataType=0&homepg
Commission océanographique intergouvernementale : http://ioc.unesco.org/
Échange international des données et de l'information océanographiques : http://www.iode.org/
Gestion de données océanographiques : http://www.iode.org/index.php?option=com_oe&task=viewGroupRecord&groupID=59&Itemid=42
Gestion de l'information maritime : http://www.iode.org/index.php?option=com_oe&task=viewGroupRecord&groupID=60&Itemid=43 ).
Cartes des sédiments marins : http://www.bgs.ac.uk/products/digitalmaps/home.HTML
GEneral Bathymetric Chart of the Oceans : http://www.bodc.ac.uk/products/bodc_products/gebco/
DigBath250 : http://www.bgs.ac.uk/products/digbath250/
Laboratoire océanographique Proudman : http://www.pol.ac.uk/
Répertoire européen des organisations maritimes : http://www.seasearch.net/edmo/welcome.htm
Métadonnées : http://en.wikipedia.org/wiki/Metadata
IHO survey standards.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM2_IHO_survey_standards.pdf
)
NMBACQ : http://www.nmbaqcs.org/ http://www.jncc.gov.uk/page-2684
157
3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
Jonathan W
HITE
et Fiona F
ITZPATRICK
Ce chapitre explique comment l’acquisition des données doit se faire conformément à un ensemble de méthodes normalisées, afin qu’elles puissent être comparées à d’autres données, et acquises à divers moments et par différents opérateurs. Il contient des conseils pratiques sur l’acquisition et l’enregistrement des données (section sur les lignes directrices opérationnelles), sur l’utilisation conjointe de plusieurs techniques et sur le traitement des données selon des normes adéquates en vue de leur analyse et de leur
interprétation. Après avoir choisi les méthodes de levé et établi les besoins d’échantillonnage, il faut effectuer le travail de terrain dans les meilleures conditions possibles, en tenant compte des contraintes de temps et de coût ainsi que des ressources disponibles.
Après avoir défini le territoire à cartographier (à l’aide de l’outil de définition de la portée du programme présenté au chapitre 2 « Que veut-on cartographier ? »), la prochaine
étape est celle du choix des outils de levé nécessaires. De nombreux outils sont disponibles pour la cartographie des habitats benthiques : techniques acoustiques
(échosondeurs), techniques de prélèvement (bennes, carottiers, dragues et chaluts), imagerie du fond (photographie et vidéo) et télédétection (satellites et photographie aérienne). Plusieurs de ces techniques sont souvent utilisées de manière combinée, par exemple : échosondage et prélèvement à la benne ; télédétection et parcours à pied d’une plage ou d’un estran ; caméra vidéo remorquée et photographies à haute résolution afin d’identifier les animaux, les plantes et la nature du fond.
Ce chapitre vise à expliquer en détail et d’une manière accessible pourquoi et comment on utilise différentes techniques (dont les principes sont exposés au chapitre 2 « Que veut-on cartographier ? ») pour la cartographie des habitats marins, quelles sont leurs exigences d’exploitation et comment les données sont enregistrées. De plus, ce chapitre aborde les fondements du traitement et de l’épuration grâce auxquels les données seront prêtes à être analysées et interprétées (voir le chapitre 4 « Comment réalise-t-on une carte ? »).
La description des techniques est accompagnée d’études de cas de levés réels, qui montrent des exemples d’utilisation des techniques, les types de levé auxquels elles peuvent servir ainsi que les résultats que l’on peut en attendre.
Dans ce chapitre, on regroupe les techniques qui se ressemblent par leur fonctionnement et par les modalités d’acquisition des données. L’exploitation de ces techniques est décrite en détail à la section sur les lignes directrices opérationnelles, pour les quatre groupes suivants de techniques : télédétection optique et acoustique, prélèvement et analyse de sédiments, photographie et vidéo sous-marines. Ce chapitre contient des renseignements pratiques sur l’utilisation conjointe de certaines techniques, ainsi que des détails sur les métadonnées qu’il faut enregistrer. Enfin, on y présente, là encore pour chaque groupe de techniques, les méthodes d’épuration et de traitement des données.
Les exemples des études de cas montrent comment les techniques de levé ont été employées et comment les données acquises ont été analysées pour la cartographie des
habitats.
La section 3.3 « Lignes directrices opérationnelles pour la cartographie des habitats » résume de manière indépendante les modalités d’exploitation de chaque technique. De la même manière, les études de cas constituent des rapports indépendants qui présentent de manière succincte comment des techniques ont été utilisées dans des applications concrètes de cartographie des habitats.
158 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
3.1 - Pourquoi acquérir des données de cartographie d’une manière normalisée ?
La méthode d’acquisition des données joue un rôle crucial pour l’extraction et l’interprétation de l’information qu’elles contiennent et pour leur représentation sur des
cartes. Le terme « données » englobe de nombreuses formes d’information : on pense souvent à des nombres, mais ce peuvent être des descriptions, des photographies, des bandes vidéo, des images et même des échantillons physiques. Afin d’assurer que les données soient d’une qualité suffisante pour pouvoir être affichées ou imprimées d’une manière qui permette de les comprendre, de les interpréter et de les comparer avec d’autres types d’information, l’échantillonnage et les prélèvements doivent être effectués conformément à des procédures normalisées (ou lignes directrices opérationnelles).
Dans le cas de la cartographie des habitats, cela signifie généralement de présenter l’information sur une carte en la situant dans l’espace et dans le temps afin que l’on puisse la comparer avec une information d’une autre époque. Nous disposons pour cela d’une variété de techniques de levé et d’échantillonnage. Certaines sont simples à exploiter, d’autres très complexes. Cependant, c’est la manière dont on utilise ces techniques qui fait en sorte que les données résultantes sont utiles. Si cette utilisation est normalisée, on peut alors comparer les données avec confiance. Ce chapitre aborde l’utilisation des techniques de levé et d’échantillonnage.
Prélèvements
Vidéo et photos
Techniques acoustiques
Télédétection optique
Levés et
échantillonnage
Traitement des échantillons et des données
Intégration et cartographie de l’information
Acquisition et traitement de données pour produire une carte
Si une technique n’est pas utilisée de manière appropriée, elle risque de donner une information inadéquate par rapport au but visé. C’est pourquoi il faut utiliser chaque technique d’une façon prédéterminée et appropriée. Même un outil très simple comme une petite drague utilisée par-dessus bord en eau peu profonde pour recueillir des
échantillons du fond peut s’avérer un puissant instrument de levé d’habitats benthiques si on l’utilise de manière structurée – conformément à un ensemble de règles prédéfinies.
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 159
3.2 - Compétences techniques requises pour faire des levés
Une gamme aussi vaste de techniques exige des cartographes une compréhension de nombreuses facettes de la technologie marine, des techniques de levé et des sciences.
Des connaissances en biologie et géologie marines sont essentielles : taxinomie, composition des diverses biocénoses, matériaux benthiques, ainsi qu’une idée de l’étendue prévisible des habitats. Il faut aussi être familiarisé avec les opérations en mer, par exemple le fonctionnement d’une grosse benne et la manière de la déployer pardessus bord. Il faut aussi une certaine connaissance des techniques de télédétection couramment employées en cartographie des habitats. À titre d’exemple, il faut une compréhension minimale de la physique des échosondeurs pour juger des détails des images acoustiques qu’ils donnent.
Opérations sur le pont –
Utilisation d’un carottier-boîte
Ce chapitre expose les connaissances requises pour l’acquisition des données. Celles-ci doivent être accompagnées de registres précis sur les lieux et méthodes d’acquisition – les métadonnées. Ensuite, l’analyse des données exige des connaissances approfondies dans les domaines de l’épuration et du contrôle de qualité, de l’intégration des données et des applications d’analyse statistique.
Plusieurs aspects de l’acquisition et du traitement des données sont propres à chaque technique, alors que d’autres sont communs à certains groupes de techniques. Comme il y a une grande variété des techniques, il est raisonnable de donner autant que possible et en détail (sans submerger le lecteur), l’information nécessaire pour que chaque technique puisse être utilisée avec succès en vue de la réalisation de cartes d’habitats.
3.3 - Lignes directrices opérationnelles pour la cartographie des habitats
La plupart des techniques utilisées en cartographie des habitats ont été conçues pour d’autres genres de levé, dont la plupart ont des directives normalisées bien établies afin de fournir des données de qualité répondant aux objectifs visés. Dès le début du projet
M
ESH
, l’équipe a fait une recension des normes et protocoles existants pour la
cartographie des habitats benthiques (Coggan et al., 2007), contenue dans le document
M
ESH
Standards & Protocols 2 nd
Edition 26-2-07.pdf
. Cela a permis de se rendre compte que divers organismes et institutions utilisaient le même équipement de manière légèrement différente. Ces différences viennent en grande partie du fait que les utilisateurs ont adapté à la cartographie des habitats des techniques d’abord mises au point à d’autres fins. C’est pour cela que l’équipe du projet M
ESH
a jugé nécessaire d’élaborer des lignes directrices opérationnelles afin de décrire la meilleure utilisation de chaque technique dans un contexte de cartographie des habitats marins. Lorsque cela est
160 3 - Comment se fait l’acquisition des données ? pertinent, ces lignes directrices font référence à des directives normalisées, à des normes
ISO et à d’autres documents semblables, et contiennent des liens vers ces documents.
Les lignes directrices opérationnelles n’ont aucun caractère obligatoire, car la variété des conditions, des situations et des milieux dans lesquels les techniques de levé sont utilisées exigent une adaptation à des besoins particuliers. Elles résultent d’une expérience pratique de l’utilisation de techniques précises pour la cartographie des
habitats marins et assurent que les données nécessaires acquises pour la cartographie des habitats sont d’une qualité adéquate et sont compatibles avec des données semblables d’autres levés. Il est important d’avoir une certaine constance dans l’exploitation d’une technique. De plus, comme un grand nombre de ces techniques peuvent servir à d’autres fins que la cartographie des habitats, il est important d’indiquer comment elles doivent (ou ne doivent pas) être utilisées dans des programmes de
cartographie des habitats.
Voici les lignes directrices opérationnelles que l’on peut télécharger à partir du site Web du Guide M
ESH
(format PDF, taille en Ko) :
Nom du fichier
3D Seismic imagery ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_3D_seismic_imagery_ROG.pdf
AGDS ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_ADGS_ROG.pdf
Aerialphotography ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Aerialphotography_ROG.pdf
Airborne Digital Imagery ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Airborne_digital_imagery_ROG.pdf
Box Coring ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Box_Coring_ROG.pdf
LIDAR ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_LIDAR_ROG.pdf
Satellite Imagery ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Satellite_Imagery_ROG.pdf
Sidescan Sonar ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Sidescan_Sonar_ROG.pdf
Single beam echo sounder ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Single_beam_echo_sounder_ROG.pdf
Sediment Profile Imagery (SPI) ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Sediment_Profile_Imagery_(SPI)_ROG.pdf
Sub bottom Profiling (Chirp) ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Sub_bottom_Profiling_(Chirp)_ROG.pdf
Swath Bathymetry ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Swath_Bathymetry_ROG.pdf
Trawls and Dredges ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Trawls_and_Dredges_ROG.pdf
Video ROG http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Video_ROG.pdf
Taille
109
115
455
220
147
1302
221
372
560
8031
212
429
525
850
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 161
3.3.1 - Structure des lignes directrices opérationnelles et points à considérer
Les lignes directrices opérationnelles visent à décrire les modalités d’utilisation d’une technique pour la cartographie des habitats, et à signaler les problèmes qui pourraient survenir afin que des plans d’intervention appropriés soient mis au point. De plus, lorsqu’ils ne sont pas mentionnés dans les lignes directrices opérationnelles, il faut considérer s’il y a lieu les points suivants avant d’utiliser une technique :
– vérifications préalables à l’installation : alimentation électrique et espace nécessaires, exigences relatives à l’embarquement de l’équipement (vérification du poids, modes de transport, systèmes de déploiement) ;
– température de service (s’il y a lieu) ;
– protocoles de mobilisation et exigences d’entreposage à bord ;
– protocoles de test et de vérification, notamment en ce qui a trait à l’étalonnage (temps et matériel spécialisé requis pour l’étalonnage) ;
– utilisation optimale de l’équipement ;
– procédures de contrôle de qualité (manière détaillée de s’assurer que les données sont fiables et procureront les résultats voulus), énoncé de ce qu’il faut vérifier et à quelle fréquence ;
– recommandations relatives au stockage et aux sauvegardes (p. ex. réfrigération ou congélation des échantillons, nombre de copies de sauvegarde des données) ;
– espace de stockage nécessaire pour les données (p. ex. les données d’un sonar à balayage latéral occupent environ quatre fois plus d’espace que celles d’un profileur du sous-sol du fond, et trois jours de sondage multi-faisceau produisent de l’ordre d’un téra-octet de données) ;
– information de journalisation recommandée ; cette information doit également être enregistrée dans les métadonnées, mais on devrait aussi pouvoir noter des situations particulières sous forme de commentaires libres (p. ex. « bande sur bâbord de
3 degrés apparue pendant la journée, ce qui affecte les échosondeurs – faire un suivi », « câble de treuil changé ; vérifier le positionnement du cadre, qui pourrait affecter l’angle de remorquage de l’instrument dans l’eau ou de contact avec le fond ») ;
– protocoles de démobilisation : préparation de l’équipement pour l’entreposage (p. ex. décharge de composantes électriques, enlèvement des batteries, rinçage à l’eau claire) ;
– formation spécifique du personnel à l’utilisation de certaines techniques (p. ex. pilotage de véhicules téléguidés, installation de l’équipement d’imagerie des profils sédimentaires, traitement d’échantillons prélevés à la benne ou au chalut) ;
– mesures de sécurité : transport de substances dangereuses (p. ex. formol), conformité aux règlements nationaux relatifs à la santé et à la sécurité au travail, évaluation des risques.
3.3.2 - Techniques de télédétection
Les techniques de télédétection constituent des méthodes de levé très avancées.
L’utilisation d’images aériennes et satellitaires pleinement géoréférencées, dans le spectre visible ou non visible, est courante dans le domaine de la cartographie des
habitats benthiques. Ces techniques sont généralement appropriées dans les zones intertidales et les petits fonds où l’eau est suffisamment claire. Le rayonnement
162 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
électromagnétique est facilement absorbé par l’eau, et sa pénétration dépend de la clarté de l’eau (en général jusqu’à 10 m dans une eau claire).
Qu’elles soient aériennes ou satellitaires, ces techniques dépendent d’une exploitation spécialisée. Les lignes directrices opérationnelles décrivent en détail les sources de données et les instruments disponibles, les moyens techniques mis en œuvre et la manière de les utiliser. En général, elles ne s’attardent pas aux détails du déploiement des moyens techniques, qui tendent à déborder de la sphère de compétence des organismes de cartographie des habitats. Dans le cas des techniques aériennes et du
lidar, des levés de territoires précis sont confiés en sous-traitance. Pour ce qui est de l’imagerie satellitaire, les données sont acquises auprès d’organismes compétents qui exploitent les systèmes et se chargent des aspects techniques.
Illustration du fonctionnement d’un lidar
3.3.2.1 - Photographie aérienne
La forme la plus simple de télédétection est la photographie aérienne, qui consiste à prendre des photographies géoréférencées à partir d’un avion ou d’un hélicoptère. La photographie aérienne permet d’acquérir beaucoup de données en peu de temps, avec un taux de couverture de 100 %. Cette technique est utile pour la cartographie des zones intertidales et des zones de petit fond où l’eau est claire et laisse voir les structures du fond.
Orthophotographie aérienne des Abers, dans le nord de la Bretagne. On voit l’embouchure de la ria, avec des herbiers de Zostera, d’aspect moucheté, et un certain nombre de hauts-fonds et d’îlots rocheux entourés d’une épaisse couche de
Fucales.
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 163
Liens vers des documents
Aerialphotography ROG : lignes directrices opérationnelles concernant la photographie aérienne
3.3.2.2 - Imagerie numérique aéroportée
Les dispositifs électro-optiques comprennent des capteurs multispectraux et hyperspectraux à haute résolution fonctionnant dans certaines parties du spectre
électromagnétique, généralement dans le visible et le proche infrarouge (de 400 à
900 nm). Ces dispositifs exploitent les propriétés d’absorption de certaines algues et plantes vertes, ainsi que de pénétration dans la colonne d’eau. Leur avantage par rapport
à la photographie aérienne vient de ce que les diverses longueurs d’onde permettent d’obtenir des données fiables sur les types de végétation et de couverture du substrat.
Comme ils sont fixés sur un avion ou un hélicoptère, les dispositifs électro-optiques peuvent eux aussi couvrir un grand territoire en peu de temps.
Image infrarouge de la configuration de drainage d’un estuaire, prise à l’aide d’une caméra héliportée.
Liens vers des documents
Airborne Digital Imagery ROG : lignes directrices opérationnelles concernant l’imagerie numérique aéroportée
3.3.2.3 - Imagerie satellitaire
Les capteurs satellitaires couvrent très rapidement de grandes étendues. Comme ils fonctionnent dans diverses parties du spectre électromagnétique, ils ne sont utiles qu’à une faible profondeur. À cause de leur mode d’exploitation, les satellites sont rarement contrôlés par des organismes de cartographie des habitats marins. Ces organismes font des demandes de données auprès d’exploitants de satellites ou de fournisseurs d’information, et n’ont pas vraiment de contrôle sur le moment où les données sont captées, à cause des contraintes liées aux temps de passage et à la couverture nuageuse. Par contre, la couverture peut être de bonne qualité, et les images disponibles gratuitement, comme dans le cas de Google Earth.
Image Spot des abords des Abers, nord-
Finistère, par basse mer de vive-eau.
164 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
Liens vers des documents
Satellite Imagery ROG : lignes directrices opérationnelles concernant l’imagerie satellitaire
3.3.2.4 - Lidar
Le lidar (de l’anglais LIght Detecting And Ranging) permet de faire en peu de temps un levé bathymétrique des habitats en zone intertidale et subtidale de petit fond, et est particulière efficace dans le cas d’un littoral complexe. Des lasers aéroportés déterminent la différence de distance entre la surface et le fond de l’eau, à partir de la position et de l’altitude exactes de l’avion. Même s’il s’agit principalement d’une technique de topographie, des travaux récents ont montré que l’analyse du signal de retour donne, un peu comme la rétrodiffusion d’un échosondeur, des résultats intéressants sur la rugosité et la dureté du fond, qui peuvent servir d’intermédiaires représentant la structure et les
habitats benthiques.
Liens vers des documents
LIDAR ROG : lignes directrices opérationnelles concernant le lidar
Mapping Substrata Using LIDAR : étude de cas sur la cartographie de substrats à l’aide d’un lidar
3.3.3 - Techniques acoustiques
Les techniques acoustiques consistent en des appareils qui émettent dans la colonne d’eau de l’énergie sonore sous forme d’une suite continue d’impulsions et qui détectent l’écho qui revient. Les différences dans la force de l’écho servent à déterminer la morphologie des structures ainsi que les caractéristiques et propriétés physiques du fond de la mer. La profondeur est calculée à partir de la vitesse du son dans l’eau et du temps que met l’écho à revenir. Ces valeurs peuvent être mesurées avec une très grande
précision de sorte que, combinées à des systèmes précis de positionnement et de captage du mouvement, elles permettent de produire des cartes très précises du fond de la mer. De la même manière, à partir de la vitesse du son dans une entité stratigraphique, par exemple des sédiments de surface, on peut déterminer l’épaisseur de l’entité en question.
Schéma du mode de fonctionnement des techniques de balayage acoustique
Parmi les systèmes acoustiques, on distingue les échosondeurs monofaisceau, les systèmes acoustiques de classification automatique des natures de fonds (SACLAF), les
échosondeurs multifaisceaux, les sonars à interféromètre, les sonars à balayage latéral et les profileurs du sous-sol du fond.
3.3.3.1 - Échosondeurs monofaisceau
Les échosondeurs monofaisceau utilisent un seul transducteur émetteur-récepteur
émettant une série d’impulsions sous forme d’ondes sonores, qui insonifie une petite surface sous le navire. Le temps écoulé entre l’émission d’une impulsion et le retour de l’écho correspondant sert à calculer la profondeur de l’eau sous le navire.
Liens vers des documents
Single beam echo sounder ROG : lignes directrices opérationnelles concernant les
échosondeurs monofaisceau.
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 165
3.3.3.2 - Échosondeurs monofaisceau et SACLAF
Le signal reçu d’un échosondeur monofaisceau peut servir à déduire et à classifier les
habitats benthiques. Cela fonctionne de différentes manières selon les systèmes – voir les manuels d’instructions. À titre d’exemple (et en résumé) RoxAnn
MC
et ECHOplus utilisent l’écart entre le premier retour d’un signal et un second retour, plus faible, dû à la réflexion à la surface de la mer, pour décrire des caractéristiques du fond. Le modèle de répartition des points d’un graphique de l’écho 2 (E2) en fonction de l’écho 1 (E1), combiné à des levés sur le terrain, permet de classifier la nature du fond. D’autres logiciels, par exemple le système
Impact
MC
de Quester Tangents , n’utilisent que le premier écho.
Liens vers des documents
AGDS ROG : lignes directrices opérationnelles concernant les SACLAF
Optimal track spacing for AGDS : étude de cas sur l’espacement optimal des passages pour les SACLAF
Case Study Sidescan Sonar : étude de cas sur la détection et l’identification optimales des structures biogènes à l’aide d’un sonar à balayage latéral
3.3.3.3 - Échosondeurs multifaisceaux et sonars à interféromètre
Ces deux types de systèmes acoustiques à balayage font appel à des applications légèrement différentes de la technologie des ondes sonores. Les échosondeurs multifaisceaux fonctionnent essentiellement comme les échosondeurs monofaisceau, mais comportent un grand nombre de transducteurs émetteurs-récepteurs placés de manière à
émettre un éventail d’impulsions sonores de chaque côté du navire. La largeur de la fauchée résultante est souvent de sept fois la profondeur de l’eau. La force des signaux qui reviennent produit une image de rétrodiffusion, qui donne une indication de la dureté et de la rugosité du fond.
À l’heure actuelle, les échosondeurs multifaisceaux sont beaucoup employés pour des levés hydrographiques destinés à la production de cartes marines. Ils constituent également un outil important pour la cartographie des habitats, en raison de la couverture qu’ils permettent d’obtenir et de leur contribution à la détermination des caractéristiques du fond.
Pour plus de détails sur les analyses de rétrodiffusion, voir le rapport de l’atelier M
ESH
des
30 et 31 mars 2006 sur la rétrodiffusion ( Backscatter_Workshop_30-31_March_report ).
Les sonars à interféromètre émettent de l’énergie à partir d’un seul point, mais détectent le signal de retour en deux points situés l’un au-dessus de l’autre. Ces appareils mesurent continuellement la « différence de phase » du signal de retour entre ces deux points (voir la recension des normes et protocoles pour la cartographie des habitats benthiques, 2 e
édition ). De cette manière, les sonars à interféromètre ont une largeur de fauchée qui peut atteindre 15 fois la profondeur de l’eau. Les sonars à interféromètre sont généralement fixés sur la coque ou montés sur un mât au-dessus d’un côté du navire. La différence de phase du signal de retour entre les deux points de mesure sert à calculer et à cartographier la profondeur. La force du signal de retour permet de produire des images semblables à celle d’un sonar à balayage latéral (voir le paragraphe 3.3.3.4 « Sonar à balayage latéral ») mais la résolution est meilleure que celle des images de rétrodiffusion comparables produites par les sondeurs multifaisceaux. Malgré l’avantage que représente cette combinaison de mesures bathymétriques et d’imagerie à haute résolution, les sonars à interféromètre ne sont pas beaucoup utilisés, pour des raisons de complexité de traitement. Ils donnent toutefois des résultats prometteurs et leur utilisation est en croissance.
Liens vers des documents
Backscatter_Workshop_30-31_March_report : atelier des 30 et 31 mars 2006 sur la rétrodiffusion
Swath Bathymetry ROG : lignes directrices opérationnelles concernant les sondeurs multifaisceaux et les sonars à interféromètre
166 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
Étude de cas – Banc Hemptons Turbot
Survey Data Analysis Investigation for Hemptons Turbot Bank : étude de cas sur l’analyse des données du banc Hemptons Turbot
3.3.3.4 - Sonar à balayage latéral
Le sonar à balayage latéral se présente généralement sous forme d’un « poisson » remorqué dans l’eau derrière un navire auquel il est relié par un câble. Ce poisson émet un faisceau d’énergie qui balaie le fond perpendiculairement à la course du navire.
Comme l’appareil est remorqué à une certaine profondeur, il se trouve plus près du fond, ce qui permet d’obtenir des données plus détaillées tout en réduisant les interférences dues au navire lui-même. En eau profonde, il est nécessaire de déterminer avec précision la position du poisson remorqué, à l’aide d’un système à base ultra courte.
Liens vers des documents
Sidescan Sonar ROG : lignes directrices opérationnelles concernant le sonar à balayage latéral
Étude de cas sur le sonar à balayage latéral
Case Study Sidescan Sonar : étude de cas sur le sonar à balayage latéral
La technologie des échosondeurs est encore en pleine évolution, de même que le décodage des signaux de retour et l’analyse des cartes résultantes. Ce sont des outils extrêmement précieux pour la cartographie des habitats, car ils offrent une couverture totale et produisent des cartes donnant la profondeur de l’eau et les structures du fond, dont on peut déduire des caractéristiques de rugosité et de dureté. L’information présentée ici est fondée sur les connaissances et l’expérience actuelles, mais ce domaine est en constante évolution. Comme le domaine de l’hydrographie semble dicter les règles d’utilisation des échosondeurs et sonars de différents types, les normes acceptables pour les levés hydrographiques peuvent constituer un bon début. Mills (1998) en donne une description simple, et la recension des normes et protocoles pour la cartographie des
habitats benthiques, 2 e
édition donne plus de détails (Coggan et al. 2007).
Sidescan Sonar exploration of Littoral Oysters and Mussels : étude de cas sur l’étude des huîtres et des moules par sonar à balayage latéral
3.3.3.5 - Profileurs du sous-sol du fond
Il existe une vaste gamme de profileurs du sous-sol du fond qui, comme leur nom l’indique, sont conçus pour voir les structures géologiques et de sédimentation sous le fond de la mer. Ces appareils se sont beaucoup développés sous l’impulsion du secteur des hydrocarbures, pour la cartographie des réserves de pétrole et de gaz situées sous le fond de la mer. Selon la longueur d’onde et l’amplitude des ondes sonores émises, on les subdivise en « étinceleurs », « compresseurs d’impulsions », « émetteurs acoustiques »,
« boomers » et « canons à air ».
Les profileurs du sous-sol du fond peuvent être remorqués derrière un navire, ou encore fixés sur la coque ou sur un mât. Ils permettent de voir en ligne droite dans le sous-sol du fond, un peu comme un couteau que l’on enfonce dans un gâteau à étages. En remorquant derrière un navire une suite d’émetteurs sonores et d’hydrophones récepteurs, on peut produire des cartes en trois dimensions. Cette approche, qui s’avère extrêmement coûteuse, est plutôt réservée au secteur des hydrocarbures. Pour la
cartographie des habitats, seule l’information sur les sédiments superficiels (en général jusqu’à une profondeur ne dépassant pas 50 cm) est nécessaire, sauf si les sédiments sont très mobiles ou si l’on veut s’attarder à l’évolution historique du fond. À titre d’exemple, on peut vouloir connaître à quelle profondeur se situe l’interface entre des rides de sable et la couche basale plus stable d’argile, de vase ou de roche, afin d’avoir une indication de la fréquence (en général de l’ordre de plusieurs mois ou années) à
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 167 laquelle cette couche basale est exposée, ce qui entraîne un changement de matériau au fond de la mer et donc à un changement d’habitat.
Liens vers des documents
Sub bottom Profiling (Chirp) ROG : lignes directrices opérationnelles concernant le profilage du sous-sol du fond (compresseur d’impulsions)
3.3.3.6 - Imagerie sismique 3D
Liens vers des documents
3D Seismic imagery ROG : lignes directrices opérationnelles concernant l’imagerie sismique 3D
3.3.4 - Techniques de prélèvement
Les techniques de prélèvement sont essentielles dans les programmes de cartographie des habitats, car elles fournissent les données de terrain sur la composition réelle du fond. On les utilise souvent en conjonction avec des techniques de télédétection optique ou acoustique, auquel cas elles permettent de fonder la classification des habitats.
Cependant, un échantillonnage suffisamment dense du territoire à lever suffit pour définir les habitats et établir leur répartition. Des prélèvements ponctuels à intervalles réguliers constituent le fondement des programmes de surveillance qui visent à connaître les impacts de l’activité humaine et l’évolution de la composition du fond.
Les prélèvements fournissent en général deux catégories d’information : un échantillon du matériau benthique – échantillon physique –, dont on analyse la structure du point de vue géologique, et un échantillon des organismes qui vivent sur ou dans le fond de la mer –
échantillon biologique –, que l’on peut identifier et compter pour connaître le détail de la
biocénose présente en un lieu précis. En principe, les échantillons biologiques et physiques devraient résulter de prélèvements distincts, mais certains groupes ont l’habitude de prendre une partie d’un échantillon pour en faire une analyse géologique. Il ne faut pas procéder de cette manière, car il est alors impossible d’obtenir des données quantitatives, tant pour l’échantillon biologique que pour l’échantillon physique. Pour que les prélèvements biologiques donnent une information quantifiable, il faut absolument plusieurs réplicats, et donc prélever un plus grand nombre d’échantillons.
Photographie d’un échantillon prélevé à la benne d’un substrat de cailloutis (noter la règle qui donne une indication de l’échelle)
Plusieurs dispositifs sont communément employés pour les prélèvements dans le fond de la mer. Chacun est conçu pour fournir un certain type d’échantillon d’un type donné de terrain. Les bennes et les carottiers sont souvent utilisés pour prélever des échantillons tant physiques que biologiques dans des sédiments meubles, non consolidés, alors que les chaluts et les dragues ne donnent que des échantillons biologiques.
Les bennes souvent utilisées sont les bennes Shipek, Hamon, Van Veen et Day.
Plusieurs types de carottiers peuvent également servir à faire des prélèvements. Chacun
168 3 - Comment se fait l’acquisition des données ? a ses avantages et ses inconvénients selon le matériau benthique, le type d’échantillon requis et son volume. La taille de l’instrument de prélèvement détermine celle du navire sur lequel il sera déployé (ou vice versa) et le nombre de personnes qu’il faut pour le manipuler. Pour faire une analyse granulométrique représentative, il faut un plus gros volume de sédiments graveleux que de vase.
Un critère important de choix du dispositif de prélèvement est le type d’échantillon voulu :
échantillon physique, endofaune (animaux qui vivent enfouis dans le substrat) ou épifaune
(animaux qui vivent sur le substrat). Une connaissance préalable ou une intuition du matériau benthique est également un critère.
Les chaluts et les dragues sont à éviter
sur des habitats fragiles qui pourraient être gravement endommagés.
Le prélèvement à la benne donne des échantillons du fond qui sont perturbés. Pour prélever un échantillon non perturbé, il faut utiliser un dispositif de carottage. Les carottes donnent de l’information sur la variation du matériau sous le niveau du fond et à propos de la profondeur de l’activité biologique. Parmi les dispositifs de carottage, mentionnons les carottiers-boîtes, les méga-carottiers, les carottiers à gravité et les vibro-carottiers. La profondeur de pénétration dépend du type d’équipement et de la nature du matériau benthique.
3.3.4.1 - Prélèvement à la benne
La recension des normes et protocoles pour la cartographie des habitats benthiques, 2 e
édition passe en revue tous les outils de prélèvement à la benne communément utilisés, ainsi que la façon de s’en servir. En raison de leur utilisation dans plusieurs contextes, il est difficile de définir des lignes directrices opérationnelles universelles. Il vaut mieux donc consulter cette recension, dans laquelle on aborde les aspects suivants :
– les types de sédiment à prélever ;
– le temps et les ressources disponibles pour le prélèvement et le traitement des
échantillons ;
– les méthodes employées au cours de levés précédents, de la même zone ou de zones voisines, que l’on souhaite intégrer ;
– l’utilisation prévue des données acquises.
Les prélèvements à la benne peuvent donner des échantillons quantitatifs de la faune benthique.
Liens vers des documents
Case Study Outer Bristol Channel : étude de cas sur les habitats marins de la partie ouest du chenal de Bristol
Macrofaunal assemblages and their sedimentary habitats: Working toward a better understanding : étude de cas sur les assemblages macrofauniques et leurs habitats sédimentaires
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 169
3.3.4.2 - Carottiers-boîtes
Liens vers des documents
Box Coring ROG : lignes directrices opérationnelles concernant les carottiers-boîtes
3.3.4.3 - Chaluts et dragues
Liens vers des documents
Trawls and Dredges ROG : lignes directrices opérationnelles concernant les chaluts et les dragues
3.3.4.4 - Échantillonnage en zone intertidale
Le levé de zones intertidales – souvent des plages et des estuaires – se fait généralement
à pied. L’opérateur de terrain est muni d’un GPS mobile, d’un carnet de notes, ou encore d’une base de données numérique et de clés de référence enregistrées dans un appareil portable. L’opérateur marche généralement suivant un cheminement prédéfini, en prenant note des types de sédiment et des espèces observées. Il peut prélever des échantillons et prendre des photos à des fins d’évaluation subjective ou objective. L’étude de cas sur l’archipel de Glénan illustre l’intégration de méthodes de levé en zone intertidale. Le levé
à pied constitue souvent la composante de terrain qui complète le levé effectué par télédétection (voir sous-section 3.3.2 « Techniques de télédétection »).
Plage de cailloutis et de gravier (en baie de
Galway, en Irlande) à marée basse, typique d’une zone intertidale qui se prête à un levé à pied
3.3.4.5 - Échantillonnage par des plongeurs en domaine subtidal
Les levés en plongée avec un scaphandre autonome se font de nombreuses manières, généralement à des profondeurs comprises entre 5 et 30 m. À plus de 30 m de profondeur, il devient nécessaire de respecter des paliers de décompression, ce qui accroît les exigences des opérations de plongée en matière de santé et sécurité. Quelle que soit la profondeur, toute obligation de décompression de 20 minutes ou plus exige la présence d’une chambre de décompression sur place. Dans les eaux du Royaume-Uni et de l’Irlande, les plongeurs doivent détenir un certificat de qualification en plongée émis par la UK Health and Safety Executive (HSE) ou un niveau avancé de qualification en plongée récréative pour la plongée scientifique, par exemple le certificat de qualification avancée du British Sub-Aqua Club (BS-AC), équivalent du CMAS Three Star Diver .
Les levés en plongée peuvent se faire de plusieurs façons, par exemple des décomptes quantitatifs par quadrat d’espèces cibles à intervalles réguliers le long d’un cheminement, ou en notant de manière qualitative la présence d’espèces le long d’un cheminement, et
170 3 - Comment se fait l’acquisition des données ? en suivant la frontière entre deux habitats – par exemple le plongeur longe le bord d’un herbier de zostères (Zostera) en entraînant une bouée de surface qui indique au navire la position voulue. Les plongeurs peuvent prélever des carottes de sédiments, dresser des listes détaillées d’espèces et faire des photographies et bandes vidéos qualitatives et quantitatives.
Gros plan d’une anémone photographiée par un plongeur
Étant donné la vaste gamme d’applications de la plongée en scaphandre autonome pour la cartographie des habitats, ainsi que les différentes réglementations qui régissent cette activité à des fins scientifiques et commerciales, aucune méthode précise n’est recommandée. La recension des normes et protocoles pour la cartographie des habitats benthiques, 2 e
édition (Coggan et al., 2007) contient des descriptions de levés, le site
Web de la HSE décrit les qualifications et la formation nécessaires, et la page Web de la
U.S. National Oceanic and Atmospheric Administrations sur la plongée donne des conseils supplémentaires.
3.3.5 - Traitement des échantillons et mesures géotechniques
L’analyse géologique des sédiments révèle beaucoup de choses sur la nature du fond de la mer. Une simple description peut suffire à faire correspondre un échantillon à une
classe d’une typologie comme celle d’E
UNIS
(p. ex. « sable vaseux circalittoral » ou
« sédiments mixtes circalittoraux »). On obtient une description plus détaillée en analysant la taille et la proportion relative des grains d’un échantillon, la forme de ces grains, la compacité du sédiment, la grandeur des espaces entre grains, sans oublier évidemment le type de matériau – métamorphique, sédimentaire, biogène –, son origine et son âge.
Toutes ces données révèlent non seulement l’histoire d’une zone du fond marin, mais aussi les liens entre différentes zones. Pour plus d’information voir le site Web de la
Société géologique de Londres .
Mesures géotechniques
Les normes et protocoles des diverses mesures et observations géotechniques sont clairement définis dans la partie de la recension des normes et protocoles pour la
cartographie des habitats benthiques, 2 e
édition (Coggan et al., 2007) qui porte sur les mesures géotechniques. Il est fortement conseillé de suivre le plus possible les lignes directrices définies et publiées par les organismes nationaux de normalisation, par exemple British Standards Online , l’ Organisation internationale de normalisation (ISO) ou l’ American Society for Testing and Materials . Leurs normes et protocoles d’exploitation peuvent être achetés en ligne et téléchargés. Il est conseillé d’évaluer ces lignes directrices afin de déterminer celles qui sont les mieux adaptées à un programme de
cartographie donné.
Pour plus de détails sur les normes géotechniques reconnues, voir le site Web cité cidessous.
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 171
Liens vers des documents
Reference to Geotechnical Measurements and Standards : normes et mesures géotechniques
3.3.6 - Techniques d’imagerie sous-marine
Les techniques d’imagerie sous-marine comprennent la photographie et la vidéo sousmarines. Les appareils photographiques et caméras vidéo peuvent être montés sur un bâti vertical, un traîneau ou un véhicule téléguidé. Ces techniques font maintenant partie intégrante des levés benthiques et des programmes de cartographie des habitats, en particulier pour les campagnes de terrain complétant des levés acoustiques. Les traîneaux sont remorqués à l’arrière d’un navire et les caméras sur bâti vertical immergées sur le côté du navire pendant que celui-ci dérive ou avance très lentement (à moins de 1 nœud). Les véhicules téléguidés sont mis à l’eau sur le côté du navire pendant que celui-ci est à l’ancre ou reste à une position fixe à l’aide d’un système dynamique de navigation et de positionnement. De nombreux documents ont été publiés
à propos de l’utilisation d’appareils photographiques et de caméras vidéo pour la
cartographie des habitats. Voir à ce sujet la recension des normes et protocoles pour la
cartographie des habitats benthiques, 2 e
édition (Coggan et al., 2007), le rapport du groupe de travail sur la vidéo (White et al., 2007) et le fichier Video ROG des lignes directrices opérationnelles concernant la vidéo.
Photographie numérique prise à partir d’un véhicule téléguidé Sea Tiger.
Liens vers des documents
Video ROG : lignes directrices opérationnelles concernant la vidéo
Video Working Group Report : rapport du groupe de travail sur la vidéo
3.4 - Utilisation d’une combinaison de techniques
La plupart des levés destinés à la cartographie des habitats font appel à une combinaison de plusieurs techniques qui fournissent des données complémentaires sur un même territoire. Ces techniques sont utilisables simultanément, comme le profilage du sous-sol du fond et l’échosondage acoustique, ou l’une après l’autre comme le prélèvement à la benne et le remorquage d’une caméra vidéo. D’autres techniques complémentaires peuvent être employées à des moments très espacés dans le temps, par exemple la photographie aérienne d’un littoral et le levé à pied de ce même littoral.
Les besoins qui justifient le recours à une combinaison de techniques sont de nature variée : obtenir des données qui mesurent différentes variables d’une même zone, afin de mieux distinguer les habitats et d’obtenir de meilleures cartes ; compléter par une campagne de terrain les données de télédétection ; obtenir des données ciblées et détaillées sur une petite zone du territoire levé, afin d’étudier des aspects ou des activités spécifiques, ou de permettre une extrapolation à d’autres zones. À titre d’exemple de ce
172 3 - Comment se fait l’acquisition des données ? dernier cas, on peut étudier les variations de répartition sur divers échelons, avec des réplicats à l’échelon local (dizaines de mètres) et régional (milliers de mètres). D’autre part, une combinaison de techniques peut résulter d’une collaboration entre divers groupes, p. ex. utiliser un magnétomètre en même temps que des échosondeurs pour obtenir des données géophysiques dans le cadre d’une campagne conjointe d’études géologiques et de cartographie des habitats.
Il faut prendre en considération les interférences possibles entre techniques de levé. Des interférences directes entre les ondes sonores émises par deux systèmes acoustiques peuvent créer du bruit ou des vides dans les données. D’autres interférences sont dues à une mauvaise utilisation d’un instrument, qui fait en sorte par exemple que les ondes sonores rebondissent sur la coque du navire ou sur un autre appareil remorqué. En règle générale, il faut éviter l’utilisation simultanée d’appareils qui fonctionnent à des fréquences voisines, à moins de disposer de systèmes de déclenchement indépendants.
Dans la planification des levés, il faut aussi tenir compte des sources d’interférence indirecte et des incompatibilités entre techniques. Ces incompatibilités sont souvent d’ordre logistique. Évidemment, certaines techniques ne sont pas utilisables en même temps : on ne peut pas faire des prélèvements à la benne ou remorquer un poisson de sonar à balayage latéral pendant que l’on utilise une caméra fixée sur un traîneau. Sur le plan logistique, les prélèvements à la benne en eau profonde risquent de ralentir considérablement un levé acoustique, notamment lorsqu’une campagne à forte composante hydrographique exige un grand nombre de prélèvements, et cela entraîne des coûts considérables en temps ou en diminution du degré de couverture.
3.4.1 - Capteurs aéroportés
Un capteur aéroporté est rarement utilisé seul, principalement pour des raisons financières. Le coût horaire d’un avion ou d’un hélicoptère est élevé par rapport au coût de location d’un capteur, et il est donc préférable de profiter au maximum de chaque vol.
Les photographies aériennes géoréférencées (dans la partie visible du spectre
électromagnétique) sont précieuses pour l’interprétation, l’analyse et la localisation des opérations de terrain, et complètent donc presque toujours l’utilisation d’autres appareils.
Les techniques aéroportées sont généralement accompagnées de campagnes de terrain qui visent à compléter les données de télédétection. Ces campagnes de terrain prennent souvent la forme de levés à pied ou dans une petite embarcation des zones intertidales et de petit fond. Elles permettent de noter la répartition des matériaux (sédiments), de la faune et de la flore, de prendre des photographies et de rapporter en laboratoire des sédiments et des échantillons biologiques à des fins de traitement et d’identification. Il vaut la peine de mentionner les récents développements du lidar, notamment le traitement de l’amplitude du signal de retour après pénétration de la colonne d’eau et réflexion sur le fond qui, un peu comme la rétrodiffusion d’un échosondeur multifaisceaux, peut donner des résultats intéressants sur la rugosité et la dureté du fond.
Les lignes directrices opérationnelles concernant l’ imagerie numérique aéroportée , le
lidar
et la photographie aérienne présentent les principales techniques aéroportées d’acquisition de données électro-optiques qui permettent de caractériser à une échelle
fine les zones intertidales et de petit fond. Ces lignes directrices abordent également des considérations de planification.
Liens vers des documents
Aerialphotography ROG : lignes directrices opérationnelles concernant la photographie aérienne
Airborne Digital Imagery ROG : lignes directrices opérationnelles concernant l’imagerie numérique aéroportée
Satellite Imagery ROG : lignes directrices opérationnelles concernant l’imagerie satellitaire
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 173
3.4.2 - Techniques acoustiques
En pratique, les techniques acoustiques sont rarement utilisées seules pour la cartographie des
habitats, car une campagne de terrain est essentielle pour étalonner les signaux de retour. Il y a toutefois des exceptions : les levés bathymétriques servant à la création d’un modèle
numérique de terrain (MNT), lui-même utilisé par des outils mathématiques et de SIG tels que le
Benthic Terrain Modeller , qui permet d’obtenir une classification de terrains à partir d’indices de position bathymétrique ; les données de rétrodiffusion d’un échosondeur, grâce auxquelles on obtient une classification « non supervisée » du fond ; le sonar à balayage latéral, que l’on peut utiliser pour délimiter des zones ayant des caractéristiques différentes (voir le chapitre 4
« Comment réalise-t-on une carte ? »). Dans la pratique récente des levés pour la cartographie des habitats, on tend à optimiser les systèmes acoustiques en utilisant davantage les données de rétrodiffusion, et il est très rare que l’on emploie une technique acoustique sans la compléter par une campagne de terrain ou indépendamment de tout autre dispositif de sondage.
La campagne de terrain constitue une partie cruciale des levés destinés à la cartographie des habitats lorsque l’on utilise des systèmes acoustiques. Elle peut prendre la forme de prélèvements au chalut ou à la drague, mais on a recours le plus souvent à des prélèvements à la benne, à des caméras remorquées, à des appareils photographiques ou caméras sur bâti vertical, ou à une combinaison de techniques d’imagerie et de prélèvements à la benne. Les données ainsi acquises témoignent de la composition du fond et permettent d’établir la signature acoustique de la bathymétrie et des types de terrain.
L’emploi de plusieurs techniques acoustiques est également répandu. On utilise souvent un sondeur monofaisceau en parallèle avec un échosondeur multifaisceaux ou un sonar à interféromètre. Un sonar à balayage latéral est souvent remorqué derrière un navire qui enregistre les données d’un sondeur multifaisceaux ; on peut ainsi superposer l’imagerie du sonar à balayage latéral au MNT obtenu par sondage multifaisceaux. L’utilisation de plusieurs techniques en parallèle permet de faire des corrélations entre les données des divers instruments. Par exemple, les profondeurs données par un échosondeur monofaisceau peuvent confirmer les mesures enregistrées par un sondeur multifaisceaux.
Les données d’un sondeur monofaisceau peuvent être traitées par un SACLAF, ce qui produit une information intermédiaire sur la nature du fond ; celle-ci peut servir de données complémentaires ou être mise en corrélation avec la classification résultant de la rétrodiffusion d’un sondeur multifaisceaux.
L’utilisation simultanée de plus d’un système acoustique peut poser des problèmes. En plus de l’interférence physique évidente due au remorquage de plusieurs instruments, les interférences acoustiques constituent un point important à prendre en considération. Dans certaines situations, les impulsions sonores émises par des systèmes remorqués ou de coque risquent de causer des interférences qui nuisent aux uns ou aux autres. Cela dépend de la fréquence de fonctionnement des systèmes, de la position relative des
émetteurs-récepteurs et de la profondeur de l’eau. Dans certains cas, il peut être nécessaire d’éteindre l’un des instruments ou de régler les fréquences des signaux afin d’obtenir des données libres de tout bruit. De telles incompatibilités peuvent être évitées par un choix judicieux des fréquences de fonctionnement et de la position des appareils.
Liens vers des documents
Complimentary Acoustic Survey Techniques : étude de cas sur l’utilisation de techniques complémentaires pour la cartographie des habitats
Appropriate use of multi-beam vs AGDS : étude de cas sur l’utilisation appropriée de sondeurs multifaisceaux et de SACLAF
IceBergPlough Report : étude de cas sur le levé d’habitats benthiques dans une zone portant des traces d’icebergs au large du littoral nord-ouest de l’Irlande
174 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
Case Study Greencastle Coding Bank : étude de cas sur l’analyse des données de rétrodiffusion de sondage multifaisceaux et des données de terrain en rapport avec les prises de poissons benthiques
3.4.3 - Autres combinaisons courantes de techniques
En plus de combiner des techniques acoustiques et de télédétection à une campagne de terrain, on a souvent recours à de nombreuses autres combinaisons de techniques. Les combinaisons les plus fréquentes sont brièvement abordées au début de ce chapitre.
Voici quelques détails supplémentaires et d’autres exemples de telles combinaisons :
– appareil photographique et caméra vidéo – Cette combinaison donne des images de meilleure résolution, utiles pour l’identification de la faune et de la flore (voir la soussection 3.3.6 « Techniques d’imagerie sous-marine ») ;
– appareil photographique ou caméra vidéo montés sur une benne ou sur un carottierboîte – Cette combinaison permet d’obtenir des échantillons accompagnés d’images qui les situent dans le contexte de la structure et des matériaux environnants ;
– appareil photographique ou caméra vidéo montés sur l’avant d’un chalut ou d’une drague – Cette combinaison permet elle aussi d’obtenir des échantillons accompagnés d’images qui les situent dans leur contexte. Elle est rarement utilisée à cause de la relative fragilité des caméras et des nombreux impacts des chaluts et des dragues sur le fond ;
– levé à pied avec prise de notes, d’échantillons et de photographies ;
– levé en plongée des zones de petit fond avec prise de photographies et de bandes vidéo, combiné avec un véhicule téléguidé muni d’un appareil photographique ou d’une caméra vidéo pour les zones plus profondes.
3.5 - Organisation des données et métadonnées requises
Les levés effectués pour la cartographie des habitats produisent de très grandes quantités de données, qu’il faut organiser et gérer avec soin. De plus, les levés sont effectués à l’aide de multiples techniques et par de nombreuses personnes, ce qui rend encore plus complexe le suivi des données acquises (quelles données, pourquoi, par qui, comment, où, quand ?) et des liens entre elles. Une fois les levés terminés, il se peut que les données soient transmises à d’autres personnes ou organismes pour être traitées, analysées et conservées. Il est important que les renseignements essentiels soient enregistrés d’une manière structurée au moment des levés, de sorte que, malgré le passage du temps et la transmission à des tiers, leur traitement et leur interprétation ne soient pas compromis par des lacunes concernant les détails des levés. Il ne suffit pas de se fier à la mémoire des opérateurs de terrain pour savoir comment chaque donnée a été acquise !
Il y a trois aspects principaux à prendre en considération :
– comment les données des levés doivent-elles être organisées ? Il faut gérer les multiples techniques, personnes, lieux, dates et échantillons afin de bien documenter les liens entre toutes ces facettes des données acquises. Ce n’est pas très utile de photographier les échantillons prélevés si par la suite on ne se rappelle plus quelle photographie correspond à quel échantillon ;
– quelle information doit être enregistrée ? Les métadonnées enregistrées doivent indiquer aux futurs utilisateurs des données comment elles ont été acquises, où, quand, par qui et selon quelles normes, et comment elles ont été traitées. Ce sont ces renseignements cruciaux sur la provenance des données qui permettent aux utilisateurs de savoir à quelles fins elles sont adéquates (ou, plus important encore, à
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 175 quelles fins elles ne sont pas adéquates). Il faut tenir compte de l’utilisation possible des données au-delà du programme en cours, par exemple dans des archives nationales et internationales. Les données d’un sondeur multifaisceaux ont-elles été acquises conformément aux normes hydrographiques internationales afin de pouvoir servir à la réalisation de cartes marines ? Est-il possible d’intégrer des données sur les prélèvements à la benne sans connaître le calibre du tamis utilisé ?
– comment les données doivent-elles être conservées ? Il faut enregistrer les données sur un support approprié et les étiqueter correctement, afin d’assurer qu’elles soient aisément utilisables dans l’avenir, qu’elles ne se détériorent pas avec le temps et qu’elles puissent être facilement intégrées à des données semblables provenant d’autres sources. Des données mal étiquetées (dont on ne sait pas où et quand elles ont été acquises) sont des données coûteuses qui n’auront que peu ou pas de valeur dans l’avenir.
3.5.1 - Organisation des données des levés
L’organisation et la gestion d’un levé sont des éléments vitaux de son succès. Une bonne gestion des différentes techniques de levé et des données correspondantes est donc essentielle pour que le levé résulte en un ensemble de jeux de données bien documentés. L’acquisition des données constitue une partie coûteuse et difficile à répéter du processus de cartographie, et une documentation médiocre peut rendre ces données inutiles.
Le responsable des levés (responsable scientifique ou chef d’équipe) doit non seulement veiller à ce qu’il y ait à la fin des levés un ensemble de jeux de données bien documentés, mais aussi à ce que les relations entre ces jeux de données soient connues. Voici les questions clés auxquelles il faut pouvoir répondre :
– combien d’échantillons ont été recueillis ?
– quelles techniques ont été employées à chaque station ?
– a-t-on pris une photographie de chaque échantillon prélevé ?
– quel système de numérotation ou d’étiquetage a-t-on utilisé pour indiquer la provenance des données ?
L’organisation générale des données des levés peut se faire de plusieurs manières.
Souvent, chaque organisme ou groupe met au point ses propres méthodes, adaptées aux types de levé qu’il effectue, aux milieux dans lesquels il travaille et à ses modalités de gestion interne des données (p. ex. systèmes institutionnels de gestion des données).
Même si chaque levé est dans une certaine mesure différent des autres et que chaque technique a ses particularités d’exploitation, il y a de nombreux points communs en ce qui concerne les données elles-mêmes et les processus d’acquisition de ces données.
Le processus qui comprend l’organisation d’un levé, l’arrivée sur le site, le déploiement des instruments et techniques employés, le prélèvement des échantillons et la compilation des jeux de données comporte beaucoup de points communs d’un levé et d’une technique à l’autre. Une structure commune est présentée à la sous-section 3.5.2 « Un modèle M
ESH
d’organisation des données de levés ».
Les métadonnées, c’est-à-dire les renseignements sur la nature des données acquises, où, quand, comment, par qui et pourquoi, ont également beaucoup de points communs d’une technique et d’un levé à l’autre. La sous-section 3.5.3 « Les métadonnées : une
métadonnées mises en avant par le projet M
ESH
.
176 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
3.5.2 - Un modèle M
ESH
d’organisation des données de levés
De manière générale, les levés suivent un modèle semblable : il s’agit de lever, au cours d’une ou plusieurs périodes déterminées, un territoire géographique défini, que l’on peut subdiviser pour des raisons de commodité en zones plus petites. À chaque activité d’échantillonnage correspond une hiérarchie reconnue de données et de métadonnées
(information ou données à propos des données), illustrée dans la figure ci-après, qui rend l’organisation des données facile à comprendre. L’information relative aux cinq premiers niveaux de la hiérarchie (de « Programme » à « Technique ») est liée à la planification des levés et est donc connue avant l’échantillonnage proprement dit.
Les levés consistent à atteindre les sites du territoire défini et à déployer un certain nombre de techniques, parfois à plusieurs reprises, pour obtenir des données ou des
échantillons. Certaines techniques produisent plusieurs types de données (p. ex. le sondage multifaisceaux produit des données de rétrodiffusion et des données bathymétriques ; les prélèvements peuvent donner des échantillons biologiques et physiques).
Ce concept général a servi à élaborer une structure ou modèle commun aux levés effectués pour la cartographie des habitats et à la documentation qui doit accompagner les données acquises. Ce modèle est largement applicable à tous les types de levés et de programmes de surveillance de l’environnement marin, ainsi qu’à tous les types de techniques. Le tableau ci-dessous énumère les termes clés (et certains autres termes possibles) des différents niveaux de ce modèle et leur description. Ces niveaux aident à organiser l’acquisition et l’étiquetage systématiques des données et métadonnées pour toutes les techniques employées et tous les échantillons recueillis dans le cadre d’un programme.
Structure hiérarchique de l’organisation de données d’échantillonnage
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 177
Terme Autre terme
Programme Projet
Levé
Territoire
Station
Technique
Échantillon
Réplicat
Campagne
Zone
Site
Méthode
Enregistrement
Description
Ensemble coordonné de levés ayant une finalité commune et qui peut se poursuivre sur plusieurs années.
Ensemble coordonné d’activités d’échantillonnage qui fait ou non partie d’un programme. Ces activités sont effectuées par des opérateurs de terrain au cours d’une période déterminée (le plus souvent continue), habituellement dans un territoire donné et dans un but général unique.
Région géographique faisant l’objet de levés, où se situent les stations d’échantillonnage et les cheminements effectués.
Lieu au sein d’un territoire à lever où l’on recueille un ou plusieurs échantillons (en faisant appel à une ou plusieurs techniques) ou images.
Détails sur l’appareil utilisé pour recueillir les données ou
échantillons. (Noter que ce niveau de métadonnées ne se rapporte pas au lieu de l’échantillonnage et n’est donc pas nécessairement lié à l’organisation des données des levés.)
Ensemble des données acquises à l’aide d’une seule technique à un endroit précis d’une station.
Exemplaire supplémentaire d’un échantillon recueilli à l’aide de la même technique, selon les mêmes paramètres et à la même station.
Termes employés dans le modèle M
ESH
d’organisation de levés
Programme
e.g. MESH, MNCR, InfoMar
Survey/cruise A
e.g. BGS/MI/DARD 2004 Blackstone's
Bank technique testing survey
Survey/cruise B
e.g. Ifremer 2003 Bay of Morlaix intertidal sampling survey
Survey area A
e.g. SE Blackstone's Bank
Survey area B
e.g. NW Blackstone's Bank
Site/station A (line) Site/station B (point)
Sample A
e.g. MBES line
Raw data
Bathymetry, backscatter
Sample B
e.g. Sidescan line
Sample A
Replicate 1
e.g. Grab sample
Sample A
Replicate 2
e.g. Grab sample
Raw data
Sidescan image
Raw data
Infauna, organics
Raw data
Infauna, PSA
Modèle M
ESH
d’organisation des données de levés
Sample B
e.g. ROV video
Raw data
Video, stills
178 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
3.5.3 - Les métadonnées : une information vitale à propos des données
Au cours de la compilation du site du SIG webGIS de M
ESH
, il s’est avéré que, dans de nombreux rapports antérieurs, il y avait de l’information absente ou inexacte. Par conséquent, les données étaient inutilisables ou d’une utilité limitée, en dépit du fait que le travail avait probablement été effectué par des personnes expérimentées en cartographie des habitats marins et selon des méthodes normalisées. L’enregistrement de
métadonnées (données à propos des données) est devenu indispensable pour rendre pleinement utilisable toute donnée d’un levé, qu’elle soit numérique ou analogique. Cela est d’autant plus vrai maintenant avec le volume accru de données, la diffusion et l’affichage de données par Internet et l’existence d’archives en ligne.
Les métadonnées décrivent la source, le contenu et la qualité des données. C’est par l’évaluation des métadonnées qu’un utilisateur arrive à déterminer si des données répondent aux besoins d’une application. À un niveau très élémentaire, les métadonnées comprennent de l’information spatiale et non spatiale, par exemple qui a recueilli les données, qui les diffuse, où, quand, comment et pourquoi elles ont été acquises. Des avertissements concernant l’utilisation des données peuvent également faire partie des
métadonnées.
L’enregistrement de métadonnées pour chaque jeu de données est probablement l’aspect le plus négligé des levés. Pourtant, cette information prend de plus en plus d’importance avec le temps, car des détails essentiels sur les circonstances de l’acquisition des données s’effacent de la mémoire des intervenants. Il peut donc être difficile d’interpréter ultérieurement les données en l’absence d’information essentielle à propos de ces données. Cette information joue également un rôle important dans l’évaluation de la qualité d’ensemble de toute carte résultant d’un levé (voir le chapitre 5 « Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? »). Il est en outre important que cette information accompagne les données lorsqu’elles sont archivées, transmises à des tiers, ou intégrées
à d’autres ensembles ou bases de données (institutionnelles, nationales et internationales).
L’enregistrement de métadonnées selon des modalités constantes facilite grandement les
échanges de données. Avec la croissance des bases de données, les données doivent se présenter sous des formats communs et être accompagnées de métadonnées normalisées. Une méthode sûre consiste à faire en sorte que les métadonnées soient conformes à la norme ISO 19115. La plupart des métadonnées spatiales et temporelles récentes dans le domaine marin respectent cette norme.
Les métadonnées relatives aux levés ont les fonctions suivantes :
– décrire le jeu de données (nature des données, qui les a recueillies, pourquoi, où, quand et comment), afin qu’elles puissent être correctement interprétées au cours du processus de réalisation d’une carte d’habitats (réduire les risques de mauvaise
interprétation) ;
– fournir de l’information qui peut servir à évaluer la qualité des données et des produits interprétés qui en résultent, par exemple des cartes d’habitats (voir le chapitre 5
« Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? ») ;
– fournir l’information sommaire destinée aux catalogues de métadonnées de base, qui permettront à d’autres personnes de trouver les données (voir le chapitre 6 « Que peut-on faire avec une carte ? ») ;
– faciliter l’archivage des données selon les règles de l’art, la diffusion des données à des tiers ainsi que leur versement dans d’autres bases de données, en décrivant la provenance des données afin que d’autres puissent les réutiliser de manière appropriée.
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 179
Au vu du modèle décrit à la sous-section 3.5.2 « Un modèle M
ESH
d’organisation des données de levés », une certaine information (métadonnées) peut être rattachée à chaque niveau du modèle. L’information est plus générale aux niveaux supérieurs du
modèle (programme, levé) et devient plus spécifique à une technique particulière et à un jeu de données aux niveaux inférieurs (échantillon, réplicat).
3.5.4 - Normes recommandées en matière de métadonnées de levés
Un ensemble normalisé de métadonnées a été élaboré pour les programmes de
cartographie des habitats. Cette norme définit des zones de métadonnées pour les niveaux « Programme », « Levé », « Territoire », « Station », « Échantillon » et
« Réplicat » du modèle (voir le lien Metadata Fields ). Cette norme a été élaborée à partir du modèle présenté à la sous-section 3.5.2 « Un modèle M
ESH
d’organisation des données de levés », en comparant les zones de métadonnées et bases de données semblables, l’information fournie par la recension des normes et protocoles pour la
cartographie des habitats benthiques, 2 e
édition (Coggan et al., 2007) et les lignes directrices opérationnelles de M
ESH
pour la cartographie des habitats (voir section 3.3).
Ensemble, les zones de cette norme procurent une documentation des métadonnées suffisante pour :
– énumérer les métadonnées de base pour le catalogue des métadonnées de M
ESH
et d’autres portails de métadonnées ; de sorte que les utilisateurs puissent en comprendre les éventuelles limites ;
– fournir les métadonnées permettant d’évaluer la fiabilité des cartes d’habitats qui seront produites ;
– accompagner le versement des données dans des archives nationales.
Les zones de métadonnées relatives à chaque technique, de même que les zones relatives au traitement et à la conservation des données, sont énumérées dans un classeur (voir le lien Video Metadata ). Ce classeur contient pour chaque zone des détails supplémentaires sur :
– le format (texte, nombre, liste de termes) ;
– le caractère obligatoire ou facultatif de la zone ;
– la liste des termes autorisés ;
– des exemples de données ;
– les zones analogues dans d’autres bases de données.
Lorsque l’on voit la liste des zones de métadonnées (voir le lien Metadata Fields ), les zones supplémentaires de métadonnées requises pour chaque technique, le traitement et la conservation des données, il peut sembler de prime abord que l’enregistrement de
métadonnées constitue une tâche complexe et lourde. En pratique, plusieurs zones sont facultatives et ne sont pas pertinentes dans tous les cas, et l’emploi de listes de termes réduit considérablement l’effort d’enregistrement des métadonnées pendant les levés.
L’équipe du projet M
ESH
travaille à la mise au point d’une application de base de données pour l’enregistrement de ces métadonnées, qui constituera un module de saisie complet à utiliser au cours des levés et des traitements qui s’ensuivent. La présentation en cascade des données, des niveaux supérieurs jusqu’aux niveaux inférieurs, et l’automatisation de la saisie de certaines zones devraient rendre la base de données relativement rapide et facile à utiliser.
180 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
3.6 - Épuration et traitement initial des données
Toutes les techniques de levé et d’échantillonnage exigent une surveillance en cours d’exploitation, afin d’assurer leur bon fonctionnement ainsi que la fiabilité des données ou
échantillons obtenus. Pour ce faire, on peut notamment consigner les métadonnées appropriées, qui agissent dans bien des cas comme une liste de vérification permettant de s’assurer que les données sont correctement enregistrées. Après l’acquisition des données, il faut effectuer certaines opérations de traitement, d’épuration et de stockage afin que les données soient prêtes pour la phase d’analyse (voir le chapitre 4 « Comment réalise-t-on une carte ? »). Ce traitement initial consiste à vérifier que les données sont correctes, c’est-à-dire qu’elles reflètent réellement les variables qu’elles visent à décrire, au bon endroit et au bon moment. À la fin de cette étape, on devrait disposer d’un jeu de données « brutes » épurées, prêtes à archiver ou à transmettre à la prochaine phase d’analyse, en vue de la réalisation d’une carte d’habitats ou de toute autre utilisation pour laquelle les données sont pertinentes.
3.6.1 - Épuration des données
L’épuration des données consiste principalement à en éliminer les erreurs ou
« aberrations ». Par exemple, dans le cas des données acoustiques d’un sondage multifaisceaux, des échos naturels dus à la réflexion, à la réfraction et à d’autres sources de bruit se situent à l’extérieur des limites acceptables des résultats du sondage. Tout jeu de données comporte des aberrations. Dans certains cas, il faut les conserver ou les traiter de manière particulière. Par exemple, la présence d’espèces rares dans un jeu de données biologiques risque de compliquer les analyses multivariées ; il peut être nécessaire de ne pas en tenir compte pour certaines analyses, mais ce ne sont pas pour autant de « mauvaises » données, et il faut les conserver dans le jeu de données définitif.
Dans le cas de prélèvements à la benne, la position doit être enregistrée au moment où l’appareil touche le fond, puis vérifiée à nouveau. La position d’instruments remorqués peut être déterminée de deux manières :
– on peut la déterminer de manière précise à l’aide d’un dispositif de positionnement, par exemple un système à base ultra courte fixé sur le traîneau ou le bâti. Les données de positionnement ainsi obtenues peuvent être enregistrées directement dans l’appareil.
Les positions et les images peuvent être ainsi enregistrées simultanément, ou encore reliées ultérieurement en utilisant le temps comme dénominateur commun ;
– on peut en faire une estimation en utilisant le théorème de Pythagore ou la formule de la chaînette qui tient compte de la courbure du câble de remorquage. Ces calculs sont généralement effectués après l’acquisition des données. Même s’ils peuvent donner une estimation raisonnable de la distance entre l’instrument et le navire, ils n’indiquent pas la position réelle, en raison des courants latéraux. Tout calcul de position postérieur à l’acquisition des données doit faire l’objet d’une vérification par un opérateur au regard de toute l’information de positionnement disponible. Dans le cas d’une bande vidéo, une telle information peut provenir des données de rétrodiffusion qui montrent les démarcations entre zones et que l’on peut comparer à la position de la caméra au moment où la bande vidéo montre un changement marqué de la composition du fond.
L’épuration des données peut prendre d’autres formes. Dans le cas des bandes vidéo, certaines parties du cheminement de la caméra peuvent ne pas être utilisables. Par exemple, le tout début d’une prise de vue ne doit pas être inclus dans l’analyse. La caméra est toujours mise en marche pendant qu’elle descend dans l’eau, afin que l’opérateur puisse savoir quand elle touche le fond. Une fois qu’elle a touché le fond, il faut prévoir une courte « période de stabilisation » pour permettre à la caméra de quitter l’endroit où, au moment de l’atterrissage, elle a perturbé le fond et déplacé des particules
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 181 qui ont pu obstruer son champ de vision. Il faut aussi exclure les moments où les sédiments sont perturbés par le bâti de la caméra. Ces séquences ne sont pas très utiles, car elles ne peuvent rien révéler mis à part la présence de sédiments non consolidés !
Suite d’images extraites d’une bande vidéo, qui montre une détérioration de la visibilité due aux sédiments fins déplacés par le cadre de la caméra. (L’intervalle entre deux images successives est d’environ 0,3 seconde)
3.6.2 - Corrections de position
Les corrections de position peuvent comprendre les transformations entre diverses projections géodésiques. La norme reconnue en cartographie est le système WGS84
(World Geodetic System 1984).
Les transformations de projection peuvent être automatisées, notamment dans le cadre d’un SIG. Si les données sont conservées dans un tableur, elles sont également modifiables à l’aide d’un logiciel de conversion contenu dans un micro-ordinateur ou hébergé dans un site Web.
Les corrections de position peuvent également comprendre la correction des erreurs humaines intervenues lors de l’enregistrement ou de la numérisation des positions de prélèvement d’échantillons. Certaines de ces erreurs sont évidentes, comme une position correspondant à un lieu sur la terre ferme ou une valeur manifestement trop grande ou trop petite. Ces erreurs sont souvent faciles à corriger par comparaison avec d’autres données, mais si elles sont nombreuses, les corrections risquent de prendre beaucoup de temps. Il ne faut pas oublier que les erreurs humaines sont inévitables lorsqu’un grand nombre de données sont écrites, saisies ou transposées à la main.
3.6.3 – Réduction de la marée
Les réductions de la marée sont nécessaires lorsque les mesures bathymétriques sont effectuées à l’aide d’un sondeur monofaisceau ou multifaisceaux, d’un sonar à interféromètre ou d’un lidar. Des normes internationales reconnues concernant les levés hydrographiques (voir le fichier Swath Bathymetry ROG à propos des lignes directrices opérationnelles concernant la bathymétrie par télédétection acoustique) dictent la
précision requise de ces corrections, qui font intervenir un réseau de marégraphes ou de
modèles prédictifs des marées.
Liens vers des documents
Swath Bathymetry ROG : lignes directrices opérationnelles concernant la bathymétrie par télédétection acoustique
182 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
3.6.4 - Techniques acoustiques
Les principales tâches d’épuration et de traitement des données acoustiques après leur acquisition consistent à éliminer les aberrations (signaux erronés et parasites) et à appliquer les réductions de la marée. Par exemple, dans le cas des sondeurs multifaisceaux, les aberrations ou erreurs se manifestent sous forme de points situés audessus ou en dessous du principal groupe de points (qui correspond au fond) ; on peut donc les sélectionner et les supprimer. Pour faire les réductions de la marée, il faut appliquer les changements de marée estimatifs ou mesurés dans la zone des levés pour la période où ces levés ont été effectués. Les mesures sont effectuées à l’aide de marégraphes, alors que les données estimatives peuvent être déduites des données hydrographiques publiées sur les marées.
Dans le cas des techniques de levé acoustiques, en plus de l’étalonnage initial, il est crucial de maintenir les bons paramètres des instruments et d’insérer les corrections requises. Si cela n’est pas fait correctement au moment des levés, les corrections seront difficiles à faire par la suite (voir le fichier Swath Bathymetry ROG ) à propos des lignes directrices opérationnelles concernant la bathymétrie par télédétection acoustique, de même que les guides d’instructions des fabricants). Il est essentiel de connaître avec
précision la position du navire, et de mesurer à intervalles réguliers la vitesse du son dans la colonne d’eau ainsi que les mouvements du navire (pilonnement, roulis et tangage). Si ces paramètres font l’objet d’un suivi au moment de l’acquisition des données, l’épuration et le traitement en seront d’autant facilités par la suite.
En résumé, il est conseillé d’avoir à bord l’équipement nécessaire pour faire l’étalonnage des instruments et pour traiter les données et contrôler leur qualité sur-le-champ, alors qu’il est encore possible de refaire au besoin l’acquisition des données.
Étant donné le haut débit et le volume considérable de données, le filtrage automatisé est un préalable nécessaire au contrôle de qualité et à l’épuration des données. Les opérateurs à bord doivent définir certains paramètres d’acceptation et de rejet, afin d’assurer l’élimination des signaux erronés ou des artefacts. Ces opérations de filtrage et de suppression des pointes sont essentielles et reposent sur les compétences et l’expérience de l’opérateur de terrain, qui peut en faire varier les paramètres selon de nombreux facteurs extérieurs.
Il faut toutefois utiliser les filtres avec précaution, car certaines données exceptionnelles ou non caractéristiques pourraient être rejetées ou altérées. Autant que possible, l’opérateur de terrain doit enregistrer ces données dans le fichier brut tout en les marquant afin que l’on puisse les examiner plus tard et prendre une décision à leur sujet.
3.6.5 - Prélèvement d’échantillons
Le prélèvement d’échantillons ne produit pas de flots de données qu’il faut vérifier, épurer et traiter au fur et à mesure. Ces échantillons peuvent toutefois devoir faire l’objet de certains traitements élémentaires à bord avant que l’on puisse les analyser.
Il faut déterminer et noter correctement le lieu des prélèvements. Un traitement partiel est faisable sur-le-champ – p. ex. tamisage et mesures de conservation des échantillons biologiques. Les métadonnées d’acquisition comprennent généralement l’emplacement géographique précis de l’échantillon, la date et l’heure de prélèvement, la profondeur.
C’est toujours une bonne chose de noter le plus tôt possible une description de l’échantillon. Il faudrait photographier de manière systématique tous les échantillons, sans oublier d’inclure leur numéro d’identification et une indication de l’échelle. Ces photos pourront s’avérer très utiles pour l’interprétation ultérieure des données et pour confirmer le prélèvement des échantillons en cas de mélange ou de perte.
Il faut appliquer des mesures appropriées d’assurance qualité et de contrôle de qualité à toutes les étapes du traitement des échantillons, de l’identification des espèces et du
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 183 décompte des spécimens. Les espèces réputées correctement identifiées mais présentes en très petit nombre – espèces rares – pourront être conservées ou non selon le type d’analyse à effectuer. Il faut évidemment éliminer les aberrations résultant d’une erreur, d’une mauvaise identification ou d’une contamination.
Il faut suivre des normes reconnues de taxinomie et de recensement. Mentionnons entre autres les protocoles du NMBAQC (système national de contrôle de qualité de l’analyse dans le domaine de la biologie marine) et les lignes directrices relatives au traitement d’échantillons du SGQAE (groupe de travail du CIEM sur l’assurance qualité des mesures biologiques dans l’Atlantique nord-est).
Assurance qualité de l’identification sur le terrain, à l’aide de collections de référence
En vertu des lignes directrices opérationnelles pour les prélèvements au chalut et à la drague, il faut autant que possible remettre au laboratoire la totalité des échantillons à des fins d’identification et de recensement. Cependant, les chaluts et les dragues peuvent donner des échantillons volumineux, qu’il n’est pas toujours possible de conserver en entier pour le laboratoire, à cause des possibilités limitées d’arrimage et de stockage à bord des navires. Il peut être alors plus approprié de traiter les échantillons à bord, par exemple à l’aide des systèmes de recensement semi-quantitatifs SACFOR ou DAFOR
(voir le fichier Applying SACFOR Report – Curtis et Coggan, 2007 – à propos de l’utilisation de l’échelle SACFOR pour l’enregistrement de l’abondance relative des organismes coloniaux dans des échantillons prélevés au chalut).
Une collection de référence de chaque échantillon doit être conservée à des fins d’assurance qualité. Cette collection doit contenir au moins un spécimen de chaque taxon ou espèce (sauf si le spécimen est identifié sans équivoque – p. ex. Asterias rubens). Les collections de référence pourront être traitées à terre pour confirmer l’identification faite sur le terrain. Les espèces de certains taxons ne sont pas faciles à distinguer rapidement sur le terrain (p. ex. Macropodia, Inachus, Ebalia, Galathea, Nucula, Abra, crevettes pandalid, etc.).
Si le temps ne permet pas d’identifier ou de distinguer les espèces de tels taxons, on peut alors placer dans la collection de référence tous les spécimens (ou un sous-échantillon) de ces taxons afin qu’ils soient identifiés (et pesés) à terre. (Remarque : le terme
collection de référence désigne ici une collection de spécimens triée sur place à des fins d’identification ultérieure au laboratoire. Le même terme désigne aussi un ensemble choisi de spécimens que l’on conserve en laboratoire pour confirmer l’identification d’échantillons, à des fins de contrôle de qualité, et aussi comme collection nationale ou régionale afin de s’assurer que l’identification des spécimens est cohérente à l’échelon national ou international).
Liens vers des documents
Applying SACFOR report : rapport sur l’utilisation de l’échelle SACFOR pour l’enregistrement de l’abondance relative des organismes coloniaux dans des échantillons prélevés au chalut
3.6.6 - Analyse de sédiments
Lorsque l’on prélève un échantillon physique, il faut le mettre dans un contenant et enregistrer les métadonnées de l’échantillon. Celles-ci comprennent généralement le type d’instrument, l’emplacement géographique précis de l’échantillon, la date et l’heure du prélèvement, la profondeur, le degré de récupération et le type de sédiment. Afin de réduire le risque d’erreur et donc le besoin de faire des corrections, c’est toujours une bonne chose de noter le plus tôt possible une description de l’échantillon. Les
métadonnées doivent respecter une structure définie afin que les mêmes zones soient enregistrées pour tous les échantillons. La typologie employée doit être prise en considération dans les notes afin que celles-ci soient cohérentes d’un échantillon à l’autre.
184 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
Le fichier Detailed explaination of seabed sediment classification – Long, 2006 –, qui contient une étude de cas sur la classification de sédiments, résume la typologie de Folk modifiée par la British Geological Survey – Commission géologique britannique – afin de correspondre à la typologie E
UNIS
des habitats. Il faut aussi mesurer la couleur de l’échantillon le plus tôt possible après le prélèvement.
Comme dans le cas des échantillons biologiques, il faut photographier de manière systématique tous les échantillons, sans oublier d’inclure leur numéro d’identification et une indication de l’échelle. Le sous-échantillonnage et les tests à des fins géotechniques devraient être faits le plus tôt possible afin de perturber au minimum les sédiments et d’éviter qu’ils ne sèchent trop.
Sauf indication contraire, les échantillons géochimiques organiques doivent être congelés.
Le traitement et l’épuration des données se font généralement au retour dans un laboratoire bien équipé.
Liens vers des documents
Seabed sédiment classification : étude de cas sur la classification de sédiments
3.6.7 - Techniques d’imagerie photographique et de vidéo sous-marines
Contrairement aux images acoustiques, les images photographiques et vidéo n’ont pas besoin d’être corrigées avant leur interprétation. Il peut être nécessaire de prévoir des règles d’interprétation d’images médiocres comme dans l’exemple de la sous-section
3.6.1 « Épuration des données » (s’il faut procéder à une évaluation quantitative et analyser des images prises à toutes les 30 secondes d’un cheminement de 20 minutes à des fins d’analyse biologique et géologique), où des images sont voilées par des sédiments non consolidés. À titre d’exemple de règle, on peut établir qu’une image dont au moins un quart est voilé par des sédiments déplacés ne pourra pas être analysée et qu’il faudra faire avancer le film jusqu’à la prochaine image acceptable, à partir de laquelle sera calculé le prochain intervalle de 30 secondes. Il peut être nécessaire de rendre les images plus nettes ou de les soumettre par lots à diverses fonctions d’un logiciel de traitement d’images. Le traitement à effectuer est propre à chaque jeu de données et peut comprendre une augmentation ou une diminution de la luminosité, du contraste, de la netteté ou de la saturation des couleurs afin de mieux voir les détails.
Les images photographiques et vidéo risquent d’être totalement inutiles du point de vue de la cartographie si elles ne sont pas correctement géoréférencées. Il est donc crucial de prendre des mesures adéquates pour noter l’emplacement géographique auquel correspond chaque image et fournir une estimation de la précision spatiale. Pour plus de détails sur le géoréférencement des images photographiques et vidéo, voir le fichier Video
ROG des lignes directrices opérationnelles concernant la vidéo.
Il est important de s’assurer que les images soient conservées sur un support fiable qui ne deviendra pas obsolète avec les progrès de la technologie. D’autre part, si des images sont copiées sur un support moins susceptible de devenir périmé, il faut veiller à ce que leur qualité soit préservée au cours de la copie. Par exemple, certains formats numériques sont conçus pour comprimer l’information, généralement en faisant une moyenne des régions qui ont l’air semblables. Dans le cas d’une bande vidéo, cela risque souvent de supprimer des détails là où ils seraient le plus nécessaires.
Liens vers des documents
Video ROG : lignes directrices opérationnelles concernant la vidéo.
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 185
3.6.8 - Imagerie des profils sédimentaires (IPS)
Géoréférencement des images
Il faut déterminer l’emplacement géographique précis auquel correspond chaque image.
Les lignes directrices opérationnelles concernant l’IPS recommandent d’enregistrer la position du GPS différentiel chaque fois que l’appareil d’IPS touche le fond pour prendre une photographie. Ainsi, l’emplacement géographique correspondant à chaque image peut être déterminé en établissant la correspondance entre le journal de terrain (où l’on a noté le numéro de l’image) et le journal de bord.
Si l’horloge interne de la caméra est synchronisée avec celle du GPS, il est utile de vérifier l’horodatage de l’image (zones EXIF ou IPTC associées à chaque image numérique) avec l’horodatage des données de position.
Dans les gros navires de recherche, le fichier de journal de navigation peut contenir les coordonnées de plusieurs points autour du navire, par exemple les portiques arrière et latéraux. Ces coordonnées sont calculées à partir de la distance entre ces points et un point de référence commun, en tenant compte de l’orientation du navire. Il faut
évidemment veiller à bien mesurer cette distance, c’est-à-dire à déterminer avec soin la position sur le navire où la caméra a été utilisée (p. ex. portique latéral). Dans les plus petits navires, ces distances ne sont pas nécessairement calculées, et le journal de navigation ne donne que la position de l’antenne du GPS différentiel. Il faut alors noter l’erreur ou la précision spatiale correspondante.
Analyse des images
Les images d’IPS permettent une analyse très détaillée donnant plus de 20 paramètres physiques, chimiques et biologiques pertinents pour les études de surveillance et d’évaluation. Pour plus de détails à ce sujet, voir la partie de la recension des normes et protocoles pour la cartographie des habitats benthiques qui porte sur l’IPS. Les notes cidessous concernent surtout l’information des images d’IPS qui est la plus pertinente pour la caractérisation des habitats dans un contexte de cartographie des habitats. La figure ciaprès montre les principales caractéristiques d’une image d’IPS.
Exemple des paramètres fondamentaux d’IPS utiles pour la caractérisation des
habitats
(source : Cefas).
Une simple inspection visuelle des images d’IPS peut donner de l’information sur les
éléments suivants :
– le type de sédiment (vase, sable, sable graveleux, etc.) ;
– le degré de stratification du profil sédimentaire, utile pour noter une couche de sédiment fin recouvrant un sédiment grossier ;
186 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
– la profondeur de pénétration (mesurable avec précision), qui indique le degré de fermeté du sédiment ;
– la rugosité de l’interface sédiment–eau, qui indique la présence de petites figures
sédimentaires ou de perturbations superficielles ;
– la présence de terriers ou de vides, qui indique une bioturbation du sédiment ;
– la présence d’une couche de discontinuité apparente du potentiel d’oxydoréduction, c’est-à-dire une fine couche typique de sédiment où les processus d’oxydation sont remplacés de manière spectaculaire par des processus de réduction, ce qui produit un sédiment plus foncé ;
– la présence de vestiges de couches de discontinuité apparente du potentiel d’oxydoréduction ;
– l’identité des organismes éventuellement présents. a
Au besoin, on peut faire une analyse granulométrique plus détaillée des sédiments. Dans le cas des vases, sables et graviers, on peut déterminer la taille des grains en comparant l’image de l’échantillon avec un ensemble d’images standard dont la taille moyenne des grains été déterminée en laboratoire (voir la figure ci-après). b c d
Exemples d’images d’IPS standard utilisées pour une analyse granulométrique : a) sable fin, b) sable moyen et grossier, c) sable grossier et gravier, d) mélange de sable et de gravier relativement grossier
(photos by R Diaz)
Dans le cas de matériaux plus grossiers, la taille des grains peut être déterminée à partir d’une image correctement étalonnée, à l’aide d’un logiciel d’analyse d’image. La répartition de la taille des grains peut être déterminée en mesurant tous les grains d’une partie représentative de l’image (voir la figure ci-après).
Image d’IPS agrandie d’un sédiment grossier, dont on a choisi une partie représentative
(rectangle rouge) où l’on mesurera la taille de chaque grain afin de déterminer la répartition de la taille des grains (photo by
R. Diaz).
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 187
Nom des fichiers électroniques d’image
Il est utile de changer le nom des fichiers électroniques d’images de sorte qu’il donne une certaine information codée sur l’échantillonnage illustré. Le nom doit comprendre un identificateur propre à la station d’échantillonnage et un code indiquant le réplicat illustré par l’image.
Liens vers des documents
Sediment Profile Imagery : exemple de fiche de journal d’IPS
3.7 - Conclusion
Pour produire de bonnes cartes d’habitats benthiques, il faut des données qui aient été acquises, traitées et analysées avec soin. Après avoir choisi les techniques de levé appropriées, il faut les utiliser correctement et enregistrer avec précision les données acquises. Les notions de fiabilité d’une carte et de confiance sont abordées au chapitre 5,
« Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? »
La gamme des techniques disponibles pour faire des levés d’habitats benthiques est incroyablement vaste et ne cesse de se développer. Le choix des techniques et des applications d’acquisition de données doit être guidé par l’information nécessaire pour produire les cartes finales. Les méthodes de conversion des données acquises en une
information qui peut être cartographiée fait l’objet du prochain chapitre, Comment réalisereprésentation des données ponctuelles et vectorielles, et s’il y a lieu leur extrapolation à l’ensemble du territoire représenté, ainsi que l’intégration de données acquises à l’aide de diverses techniques et analysées selon des méthodes différentes.
3.8 - Remerciements
Nous tenons à remercier David C
ONNOR
, Jon D
AVIES
, Roger C
OGGAN
, Dave L
ONG
,
Jacques P
OPULUS
et Bob F
OSTER
-S
MITH
pour leurs commentaires sur les ébauches de ce chapitre. En plus du groupe
INTERREG IIIB
, les organismes suivants ont apporté leur soutien au cours du projet M
ESH
et nous leur en sommes reconnaissants : I
NFOMAR
, la
Commission géologique d’Irlande et le Marine Institute.
Nous remercions les personnes et organismes suivants pour la formation et le matériel qu’ils nous ont procurés dans le domaine de l’IPS :
– Aqua-Fact International Services Ltd, Galway, Irlande;
– Robert
IAZ
, PhD, Virginia Institute of Marine Science, Etats-Unis ;
– Joe
ERMANO
, PhD, Germano & Associates Inc, Etats-Unis.
188 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
Liens vers des documents
Recension des normes et protocoles pour la cartographie des habitats benthiques, 2 e
édition : http://www.searchmesh.net/Default.aspx?page=1442
Aerialphotography ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Aerialphotography_ROG.pdf
Airborne Digital Imagery ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Airborne_digital_imagery_ROG.pdf
Satellite Imagery ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Satellite_Imagery_ROG.pdf
LIDAR ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_LIDAR_ROG.pdf
Mapping Substrata Using LIDAR : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Mapping_Substrata_using_LIDAR.pdf
Single beam echo sounder ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Single_beam_echo_sounder_ROG.pdf
Impact
MC
de Quester Tangents : http://www.questertangent.com/upload/docs/QTC_Impact_04_Hi.pdf
AGDS ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_ADGS_ROG.pdf
Optimal track spacing for AGDS : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Optimal_track_spacing_for_AGDS.pdf
Case Study Sidescan Sonar : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Case_Study_Sidescan_Sonar.pdf
Backscatter_Workshop_30-31_March_report : http://www.searchmesh.net/Default.aspx?page=1577
Sidescan Sonar exploration of Littoral Oysters and Mussels : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Sidescansonar_exploration_of_littoral_oysters_and_mussels.pdf
Backscatter_Workshop_30-31_March_report : http://www.searchmesh.net/Default.aspx?page=1577
Recension des normes et protocoles pour la cartographie des habitats benthiques, 2 e
édition : http://www.searchmesh.net/Default.aspx?page=1442
Swath Bathymetry ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Swath_Bathymetry_ROG.pdf
Survey Data Analysis Investigation for Hemptons Turbot Bank : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Survey_Data_Analysis_Investigation_for_Hempto ns_Turbot_Bank.pdf
Sidescan Sonar ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Sidescan_Sonar_ROG.pdf
Sub bottom Profiling (Chirp) ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Sub_bottom_Profiling_(Chirp)_ROG.pdf
3D Seismic imagery ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_3D_seismic_imagery_ROG.pdf
Case Study Outer Bristol Channel : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Case_Study_Outer_Bristol_Channel.pdf
Box Coring ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Box_Coring_ROG.pdf
3 - Comment se fait l’acquisition des données ? 189
Trawls and Dredges ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Trawls_and_Dredges_ROG.pdf
L’étude de cas sur l’archipel de Glénan : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Case_Study_Glenan_Archipelago.pdf
L’Organisation internationale de normalisation : http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=19255
L’American Society for Testing and Materials : http://www.astm.org/cgibin/SoftCart.exe/NEWSITE_JAVASCRIPT/DOMnewstandards.sHTML?L+mystore+qguf6791
+1169734372
Reference to Geotechnical Measurements and Standards : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Reference_to_Geotechnical_Measurements_and
_Standards.pdf
Le rapport du groupe de travail sur la vidéo : http://www.searchmesh.net/PDF/Video%20Working%20Group%20Report.pdf
Video ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Video_ROG.pdf
Imagerie numérique aéroportée : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Airborne_digital_imagery_ROG.pdf
Le lidar : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_LIDAR_ROG.pdf
La photographie aérienne : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Aerialphotography_ROG.pdf
Benthic Terrain Modeller : http://www.csc.noaa.gov/products/btm/
Complimentary Acoustic Survey Techniques : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Complementary_acoustic_survey_techniques.pdf
Appropriate use of multi-beam vs AGDS : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Appropriate_use_of_multi-beam_vs_AGDS.pdf
IceBergPlough Report : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_IceBergPlough_Report_II.pdf
Case Study Greencastle Coding Bank : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Case_study_Greencastle_Codling_Bank%20.pdf
Metadata Fields : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Metadata_fields.pdf
Video Metadata : http://www.searchmesh.net/default.aspx?page=1626
Swath Bathymetry ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Swath_Bathymetry_ROG.pdf
Applying SACFOR report : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Applying_SACFOR_Report.pdf
Seabed sédiment classification : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Detailed_explanation_of_seabed_sediment_classi
fication.pdf
Video ROG : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Video_ROG.pdf
La recension des normes et protocoles pour la cartographie des habitats benthiques : http://www.searchmesh.net/Default.aspx?page=1442
Sediment Profile Imagery : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM3_Sediment_Profile_Imagery_(SPI)_ROG.pdf
190 3 - Comment se fait l’acquisition des données ?
Liens vers des sites Web
CMAS Three Star Diver : http://www.hse.gov.uk/diving/qualifications/sci.htm
Site Web de la HSE : http://www.hse.gov.uk/diving/index.htm
Page Web de la U.S. National Oceanic and Atmospheric Administrations sur la plongée : http://www.dive.noaa.gov/
Site Web de la Société géologique de Londres : http://www.geolsoc.org.uk/template.cfm?name=geohome
British Standards Online : http://www.bsonline.bsi-global.com/server/index.jsp
http://www.csc.noaa.gov/products/btm/
NMBAQC : http://www.nmbaqcs.org/
SGQAE : http://www.ices.dk/iceswork/wgdetailacme.asp?wg=SGQAE ).
191
4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Vera van L
ANCKER
et Bob F
OSTER
-S
MITH
Ce chapitre décrit comment les données sont transformées et intégrées pour produire une
carte d’habitats biologiques adaptée à sa finalité. Il ne couvre pas la préparation des données suite à leur acquisition – voir à ce sujet le chapitre 3Comment se fait l’acquisition des données ? ».Il faut aussi noter que les données de cartographie peuvent elles-mêmes avoir fait l’objet d’un processus d’analyse et d’interprétation à partir des sources originales, en particulier dans le cas de cartes d’habitats à échelle globale sans apport de terrain.
Les principales étapes de la réalisation d’une carte d’habitats (telle que préconisée dans le Guide M
ESH
) font intervenir des données biologiques et des données sur les habitats
(résultant normalement d’un échantillonnage direct du fond) et des couches complètes de données sur les variables physiques des habitats, appelées dans toute la suite couches
physiques (normalement obtenues par télédétection, déduites à partir d’échantillons ou prédites par des modèles). L’intégration des données et la modélisation des habitats sont nécessaires pour déduire les relations entre données biologiques et données physiques.
Ces relations permettent de prédire la répartition des habitats.
Résumé du processus de cartographie des habitats benthiques
La production d’une carte d’habitats comporte quatre étapes principales :
1. optimisation de l’analyse des données biologiques de terrain ;
2. sélection et déduction des meilleurs intrants disponibles et des couches physiques les plus appropriées (cela comprend l’analyse des données de télédétection) ;
3. construction de la carte à l’aide des techniques les plus appropriées d’interprétation grâce à l’intégration des données et à la modélisation ;
4. conception et réalisation de la carte de telle sorte qu’elle soit adaptée à sa finalité.
Le succès du rendu cartographique risque d’être mitigé si l’une de ces étapes n’est pas bien réalisée !
192 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Les sections qui suivent abordent les stratégies possibles de cartographie, puis présentent les diverses techniques que l’on peut employer au cours des étapes
énumérées ci-dessus.
4.1 - Choix d’une stratégie de traitement cartographique
Il y a de nombreuses approches de la cartographie des habitats, mais une manière commode de les illustrer consiste à les représenter le long d’un spectre d’échelles plus ou moins globales ou fines. Ce spectre est présent dans plusieurs chapitres de ce Guide
M
ESH
et devrait maintenant être familier au lecteur. La comparaison entre échelle globale et échelle fine illustre bien les contrastes entre différentes approches. Les distinctions sont plus subtiles dans le cas d’une échelle intermédiaire.
Illustration des types de carte dans le spectre des échelles plus ou moins globales ou fines
La cartographie des habitats benthiques fait nécessairement intervenir une forme ou une autre de modélisation. Dans ce contexte, on peut considérer comme un modèle toute représentation du fond de la mer à partir d’une étude systématique et d’une analyse des manifestations de la répartition des habitats. Il s’agit d’une définition intentionnellement vague, qui englobe aussi bien l’interprétation « à l’œil » par des experts que des modèles
à base de règles ou des modèles statistiques résultant d’une analyse approfondie des données.
Les techniques décrites sous une rubrique sont toutefois applicables à d’autres situations.
Par exemple, on peut adopter l’approche générale d’un modèle « à échelle globale » pour cartographier de petits territoires ou utiliser l’approche détaillée d’un modèle « à échelle
fine » pour de très grands territoires (p. ex. les levés benthiques nationaux d’Irlande –
INFOMAR – et de Norvège ).
Cartographie des habitats à échelle globale pour de très grands territoires (p. ex. mers entières ou eaux nationales)
Le plus souvent, cette approche fait appel à des couches cartographiques des principaux paramètres physiques, que l’on combine pour obtenir une prédiction de la répartition d’une vaste gamme de types d’habitat définis (p. ex. les niveaux 3 et 4 de la typologie
E
UNIS
). Les données utilisées proviennent de sources multiples (voir le chapitre 1
« Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? », et les SIG conviennent très bien à ce genre de modélisation. Étant donné le degré d’erreur et d’incertitude des couches de données en entrée, les cartes obtenues sont nécessairement plutôt sommaires et générales.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 193
Schéma de l’approche de la cartographie à échelle globale
La modélisation se fonde sur l’application de règles générales qui reposent sur une
connaissance de relations de cause à effet valables dans une vaste région géographique.
Le territoire est subdivisé en catégories d’habitat, en fonction de combinaisons d’un nombre limité de zones pour chacune des principales variables structurantes du milieu
(p. ex. profondeur, substrat et énergie hydrodynamique). L’opinion d’experts peut être requise pour reclassifier les paramètres physiques en un petit nombre de catégories biologiquement pertinentes, sans recourir à des méthodes statistiques sophistiquées pour justifier les bornes supérieure et inférieure des variables structurantes.
La méthode des « triplets » du projet M
ESH
(décrite page 245) constitue un exemple de cas où les trois variables du niveau 3 de la typologie E
UNIS
(substrat, profondeur et
tensions de cisaillement) sont combinées pour donner une idée générale de la répartition des habitats à l’échelle globale. L’approche des paysages marins est semblable, mais comprend une couche pour la pente, qui facilite la compréhension du rendu cartographique d’un point de vue physiographique.
Cartographie des habitats à échelle fine pour de petits territoires
À l’autre extrémité du spectre, un levé unique d’un petit territoire se fait généralement selon une approche fondée sur les données. Cette approche permet de prédire des
habitats définis de façon plus précise (p. ex. niveaux 4 et 5 de la typologie E
UNIS
), et la campagne de terrain est généralement plus détaillée. En particulier, des « signatures » sont créées à partir des couches physiques (en général des valeurs de réflectance acoustique ou dans le spectre électro-magnétique) en utilisant les données de terrain comme sites d’apprentissage. L’interprétation des données de chaque levé est propre à ce levé, et l’on ne tente pas d’en déduire des règles transférables à d’autres levés. La
classification supervisée d’images obtenues par télédétection constitue un exemple de cette stratégie, qui a été adoptée pour de nombreux levés. Un logiciel de SIG spécifique pour le traitement d’images est probablement nécessaire. Les images des sonars à balayage latéral permettent de distinguer un beaucoup plus petit ensemble d’habitats et peuvent être plus faciles à interpréter que dans le cas de grands territoires : leur
interprétation intermédiaire pour produire des cartes d’habitats physiques peut être courtcircuitée par l’interprétation directe des habitats biologiques.
194 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Schéma de l’approche de la cartographie à échelle fine
Cartographie des habitats à échelle intermédiaire
C’est à propos des cartes à échelle intermédiaire qu’il est le plus difficile de donner des conseils. Les données proviennent probablement de nombreux levés effectués dans le cadre d’une campagne de grande envergure ou de plusieurs campagnes différentes.
Certaines données peuvent être tirées directement des levés, alors que d’autres (par exemple sur les tensions de cisaillement) résultent de modèles mathématiques. Plusieurs stratégies sont possibles : (a) utilisation de techniques statistiques pour étudier les relations entre divers facteurs physiques et la biocénose, et de statistiques spatiales pour optimiser l’interpolation, surtout centrée sur des données ; (b) modèles à base de règles ou de connaissances. Des approches mixtes sont également possibles. L’approche statistique est plus facile à mettre en œuvre sur un seul type d’habitat (p. ex. bancs de moules) que sur toute la gamme des habitats présents dans un territoire. La seconde approche est semblable à celle que l’on adopte pour la cartographie à échelle très globale et est adaptée à la modélisation de la gamme des habitats présents. L’incorporation dans un tel modèle de statistiques centrées sur des données atténue la distinction entre les deux approches. Le recours accru à des modèles statistiques exige l’emploi de logiciels spécialisés de statistique et de mathématiques, et peut-être même de sous-programmes
écrits spécialement pour l’occasion.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 195
Schéma de l’approche de la cartographie à échelle intermédiaire
Les figures ci-dessous montrent un exemple de rendu cartographique à échelle
intermédiaire et à échelle globale. Sur la première, on voit une carte de probabilité (limite
de résolution de 250 m) des biocénoses macrobenthiques de la partie belge de la mer du
Nord, d’après un modèle statistique centré sur les données. Sur la seconde, on voit un extrait pour le même territoire de la carte de triplets du projet M
ESH
pour le niveau 3 de la
typologie E
UNIS
(limite de résolution de 1 mille marin). Les différences sont surtout visibles dans la zone côtière où la présence d’une biocénose macrobenthique est totalement ignorée dans l’approche à échelle globale.
196 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Exemple de rendu cartographique à échelle intermédiaire (en haut) et à échelle globale (en bas)
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 197
La modélisation dans la cartographie des habitats
On fait souvent la distinction entre modèles empiriques et modèles déterministes. Un
modèle empirique se fonde sur une analyse statistique des données, et les résultats s’expriment sous forme de probabilités. Dans l’analyse des données, il n’est pas nécessaire de comprendre la relation de cause à effet entre une variable indépendante et une variable dépendante, à condition que la relation fonctionne assez bien pour prédire la répartition des valeurs. Ce type de modèle est dit centré sur des données.
Un modèle déterministe prédit la répartition des valeurs à partir d’une connaissance des relations de cause à effet. Ce type de modèle peut s’exprimer sous forme de formules mathématiques (p. ex. calcul de courants de fond) ou de règles (p. ex. luminosité minimale pouvant soutenir la croissance des algues). Un modèle déterministe est souvent dit à base de règles. Les connaissances d’experts constituent une version de la modélisation à base de règles, dans laquelle les « règles » prennent la forme de connaissances d’experts et peuvent ne pas s’exprimer de manière systématique. Si l’on applique des connaissances d’experts et l’observation directe pour tracer les frontières entre habitats (p. ex. cartographie d’un littoral à partir de photographies aériennes), on parle alors de cartographie directe.
Les modèles mixtes combinent des éléments d’un modèle empirique et d’un modèle déterministe.
De plus, si la modélisation fait appel à la manipulation de cartes et d’autres données contenues dans un SIG, on la qualifie alors de modélisation cartographique. La
cartographie des habitats se fonde souvent sur des modèles mixtes à l’intérieur d’un SIG, où diverses données servent à prédire la répartition des milieux physiques susceptibles d’héberger une biocénose donnée. De tels modèles sont appelés modèles d’adéquation des milieux physiques (MAMP). Ces modèles sont ensuite traduits en cartes d’habitats sous l’hypothèse que les habitats correspondant à ces milieux physiques sont effectivement présents.
4.2 - Optimisation de l’analyse des données de terrain
La première étape de la production d’une carte d’habitats consiste à traiter, à analyser et
à classifier les données biologiques afin qu’elles puissent être intégrées aux couches physiques pour produire au bout du compte une carte d’habitats biologiquement pertinente.
Les données de terrain constituent un élément vital du processus de cartographie en ce qui concerne les caractéristiques physiques et biologiques. Elles sont nécessaires pour valider les données de télédétection et pour affecter des types de terrain aux régions cartographiées (p. ex. affleurements rocheux, plages de sable). Il est toutefois important de déterminer les classes d’habitat qui seront cartographiées. Il faut faire, entre des
biocénoses et les variables physiques correspondantes, des associations qui permettront de déduire la répartition des habitats là où des couches physiques seront disponibles (par
échantillonnage ou modélisation).
Il y a deux approches fondamentales de la détermination des classes d’habitat sur une
carte :
1. L’application directe d’une typologie existante (classification descendante) par l’observation sur place, en faisant appel au jugement d’experts pour faire la correspondance entre ce que l’on voit sur le terrain et les classes de la typologie ;
2. La détermination des classes d’habitat à partir des données de terrain, par une analyse des données permettant de faire des associations significatives entre des paramètres physiques et biologiques (classification ascendante).
198 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Schéma illustrant les approches descendante et ascendante de la détermination des classes d’habitat.
Dans l’approche descendante (à gauche), la typologie existante (rectangles) est appliquée aux
échantillons (cercles). Dans l’approche ascendante (à droite), les similarités entre échantillons servent
à déterminer les classes.
Les deux approches exigent de l’utilisateur une connaissance approfondie de la typologie qu’il utilise et de sa structure, afin qu’il puisse l’appliquer correctement et avoir confiance en l’exactitude des classes ainsi déterminées.
En ce qui concerne l’identification des habitats à partir d’images vidéo, voir White et al.,
2007.
4.2.1 - Méthodes de classification des données
La qualité et la quantité des données acquises dépendent non seulement des limites des techniques employées, mais aussi des coûts ainsi que des compétences disponibles en matière d’enregistrement et de taxinomie. Quel que soit le format, il est probable que les données soient enregistrées dans un classeur qui énumère les espèces par site et les caractéristiques physiques par site. On suppose que les données enregistrées sous cette forme respectent une norme acceptable et ont fait l’objet d’un processus d’assurance qualité (p. ex. vérification de la taxinomie).
Le traitement ultérieur de ces données dépend de la finalité du programme de
cartographie des habitats. Voici les options possibles :
– l’application d’une typologie existante. Trois méthodes sont communément employées pour attribuer une classe d’habitat à des données : (1) faire intervenir des experts pour choisir une classe uniquement parmi celles d’une typologie existante (p. ex. E
UNIS
) ;
(2) analyser les données et leur affecter une classe d’une typologie existante, mais seulement si les données correspondent adéquatement à cette classe ; si les données sont sensiblement différentes des descriptions existantes, on peut créer de nouvelles
classes pour les fins du levé local et proposer leur inclusion dans une version mise à sensiblement différente des descriptions existantes, analyser ces données et étendre la description générale ; dans une typologie, la plupart des habitats sont décrits d’une manière générale et les variations sont indiquées ; ces variations peuvent constituer le point de départ de la définition d’un niveau hiérarchique inférieur dans la typologie ;
– l’analyse multivariée pour définir des classes d’habitat propres à ce levé. Les données sont soumises à des techniques d’analyse statistique (en général multivariée) qui visent à les subdiviser en groupes naturels de données semblables. Ces groupes servent à définir des classes qui ont une signification principalement pour ce levé particulier. On s’attend toutefois à ce que les scientifiques entreprennent de lier leurs conclusions à d’autres levés semblables et que les classes définies de cette manière aient une validité plus étendue ;
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 199
– la mesure de propriétés spécifiques des habitats. Elle permet d’attribuer à un lieu une
probabilité qu’il héberge une espèce ou corresponde à une classe d’habitat donnée.
Ces probabilités peuvent être cartographiées, à raison d’une carte par espèce ou par type d’habitat. Il en résulte donc une carte pour chaque classe, liée par exemple aux données sur plusieurs espèces (p. ex. nombre d’espèces et autres indices de diversité) ou sur une seule espèce (présence ou absence, abondance), à une caractéristique importante (p. ex. pourcentage de silt), ou à la probabilité de correspondre à une
classe d’habitat donnée.
4.2.2 - Application d’une typologie existante
Voici une description des trois méthodes d’application d’une typologie existante mentionnées à la sous-section 4.2.1 « Méthodes de classification des données ».
Analyse par des experts
Pour un observateur expérimenté ayant une bonne connaissance de la typologie, ce peut
être la manière la plus rapide de déterminer les classes d’habitat. En général, l’analyse par des experts sert à faire correspondre les observations faites sur le terrain avec les
classes d’habitat prédéfinies. Là où les habitats sont accessibles, on utilise beaucoup les données de terrain visuelles (c’est-à-dire l’observation humaine directe) résultant par exemple de levés à pied d’un littoral ou de levés en plongée. Un exemple de cette méthode est celui d’un levé en zone intertidale mené par le Countryside Council for Wales
(CCW) : des levés du littoral ont fourni des données de terrain pour des ébauches de
carte obtenues à partir de photographies aériennes. Le document CCW intertidal mapping.htm résume la méthodologie et illustre le rendu cartographique.
Détermination des classes d’habitat à partir d’observations
Il faut noter qu’il y a des inconvénients à se fier uniquement aux données de terrain et aux
classes d’habitat : cela ne permet pas de vérifier l’affectation des classes d’habitat au regard des données sur les espèces ou sur les caractéristiques des habitats. C’est une bonne chose de prendre des notes sur les espèces, les formes de vie et les caractéristiques des habitats, et de prendre des photos à des fins de référence.
Analyse des données au regard de descriptions de classes d’habitat
L’acquisition de données sur les espèces, les formes de vie et les caractéristiques des
habitats permet de leur affecter des classes d’une manière plus rigoureuse et systématique après le levé. Dans une typologie des habitats, par exemple E
UNIS
, la
200 4 - Comment réalise-t-on une carte ? définition des classes repose sur des caractéristiques physiques et des espèces clés, et s’accompagne de descriptions détaillées de la composition des espèces, de leur abondance relative et de leurs variations. On peut dans un premier temps analyser les données au regard des définitions de classe, puis utiliser les descriptions détaillées comme moyen de vérification.
Affectation automatique des classes d’habitat
L’affectation de classes d’habitat fondée sur le jugement d’experts introduit évidemment un certain degré de subjectivité dans l’interprétation, et il est possible que les conclusions soient différentes selon les observateurs. Idéalement, il faut une approche plus objective, que peut fournir dans une certaine mesure un système automatisé qui établit la correspondance entre les données de terrain disponibles et des classes d’habitat prédéfinies. C’est ce que fait le logiciel d'affectation de classes d'habitat (en abrégé HMP pour Habitat Matching Program – paragraphe 4.2.2.1) mis au point dans le cadre du projet
M
ESH
.
Le logiciel HMP fait appel à ce que l’on appelle des standards. Les standards sont des définitions normalisées des classes d’habitat de la typologie E
UNIS
et de la typologie des
habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande (Connor et al., 2004). Ces définitions normalisées ont été élaborées à partir d’un corpus considérable de données de levés existants. Lorsque l’on soumet à HMP les données biologiques, physiques et environnementales d’une campagne de terrain, le logiciel cherche à les faire correspondre
à ses standards. HMP affiche les cinq meilleures correspondances, avec pour chacune une indication du degré de corrélation entre les données de l’échantillon et les standards.
L’affectation finale d’une classe d’habitat à des données fait appel au jugement de l’utilisateur, qui prend en considération la confiance qu’il a envers les données soumises et le degré de correspondance indiqué par l’indice de corrélation. Le paragraphe Logiciel d'affectation de classes d'habitat (voir paragraphe 4.2.2.1) contient plus de détails sur le logiciel HMP. Le logiciel et le guide d’utilisation sont accessibles dans le dossier des documents en fin de chapitre.
E
UNIS
_2004_report.pdf
: rapport sur le logiciel HMP
MNCR_04_05_introduction.pdf
: présentation de la version MNCR du logiciel HMP
Logiciel d'affectation de classes d'habitat
Le logiciel d'affectation de classes d'habitat (en abrégé HMP pour Habitat Matching
Program) automatise la classification d’échantillons benthiques selon les classes de la
typologie des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande (Connor et al., 2004) et des classes équivalentes de la typologie européenne E
UNIS
.
À l’heure actuelle, l’affectation à des données de classes d’habitat de ces typologies exige un niveau élevé de connaissances en biologie marine et peut prendre beaucoup de temps. C’est pourquoi le JNCC a mis au point dans le cadre du projet M
ESH
un logiciel qui vise à améliorer l’efficacité et l’exactitude de ce processus.
Ce logiciel consiste à établir la correspondance entre les données de terrain d’un levé en zone intertidale ou subtidale et des définitions normalisées (appelées standards) de
classes d’habitat des typologies de référence. HMP fait appel à des mécanismes de comparaison et de statistique pour établir cette correspondance. HMP accepte en entrée des données biologiques aussi bien que physiques. Ce logiciel est destiné :
– aux organismes qui entreprennent des levés d’habitats benthiques dont les données doivent être interprétées selon la typologie E
UNIS
ou la typologie des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande ;
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 201
– aux organismes qui ont classifié des données de terrain d’après une version antérieure de ces typologiques et qui ont besoin d’une mise à jour selon la version la plus récente
(2004).
Principales caractéristiques de HMP – Est-ce l’outil approprié ?
Les standards de HMP sont fondés sur des données de terrain qui ont servi à définir les
classes de la typologie des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande, allant de la zone intertidale jusqu’à 200 m de profondeur. La représentation des habitats benthiques au large des côtes est plus limitée, et la typologie n’inclut pas à l’heure actuelle les
habitats pélagiques. HMP tente d’établir des correspondances avec les données de terrain de cette gamme d’habitats du Royaume-Uni et des eaux européennes avoisinantes.
HMP est capable d’analyser jusqu’à 250 échantillons à la fois. Il accepte les données biologiques sous forme semi-quantitative (SACFOR), quantitative (nombre/m
2
), ou de présence ou absence (1 ou 0). Il accepte également des données physiques portant sur neuf variables (p. ex. le substrat et la profondeur).
HMP affiche les cinq types d’habitat qui correspondent le mieux à chaque échantillon, à partir d’analyses séparées des données biologiques et physiques. De plus, il peut construire un tableau comparatif des données des échantillons (p. ex. nom et nombre d’individus de chaque taxon) par rapport à celles de ces cinq types d’habitat (standards).
HMP est un logiciel convivial qui ne requiert qu’une connaissance élémentaire de MS
Excel. L’utilisateur doit toutefois avoir certaines connaissances en biologie marine pour pouvoir interpréter les résultats de manière optimale.
Les standards
Les fichiers de standards contiennent des profils biologiques ou physiques qui constituent les caractéristiques représentatives de chaque type d’habitat. Ces fichiers font partie de
HMP et servent à établir la correspondance entre les données des échantillons et les types d’habitat. Les fichiers de standards ont été produits par le JNCC à partir des données (conservées dans l’application de base de données Marine Recorder) des levés qui ont servi à définir chacun des types d’habitat de la typologie des habitats marins de
Grande-Bretagne et d'Irlande (Connor et al., 2004).
Fonctionnement du processus d’établissement des correspondances
HMP compare chaque enregistrement de données d’un échantillon avec tous les profils du fichier de standards pertinent, en faisant appel à des techniques d’analyse statistique multivariée, afin de trouver les standards qui correspondent le plus étroitement au profil de l’échantillon. Il affiche les cinq standards qui correspondent le mieux, pour les données biologiques d’une part et les données physiques d’autre part. Les résultats sont affichés sous forme de tableau (voir la figure). Le nom ou le code de l’échantillon figure à l’extrême gauche de chaque ligne du tableau, et les cinq types d’habitat qui lui correspondent le mieux suivent en ordre de gauche à droite. Les meilleures correspondances pour les données biologiques et pour les données physiques sont présentées ensemble dans deux parties d’un même écran. À l’heure actuelle, HMP affiche les cinq meilleures correspondances, peu importe jusqu’à quel point ces standards sont « éloignés » de l’échantillon. Pour cette raison, et aussi du fait que les meilleures correspondances ne sont pas nécessairement les mêmes dans le cas des données biologiques et des données physiques, l’utilisateur peut choisir le type d’habitat qu’il considère le plus approprié pour l’échantillon. Pour faciliter ce choix, HMP donne une idée de la « qualité de la correspondance » sous forme d’un indice de corrélation pour chacun des cinq types d’habitat affichés, et fournit diverses options de comparaison des résultats.
202 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Tableau de résultats d’analyse de HMP contenant l’identification des échantillons (colonne de gauche) et les trois meilleures correspondances pour les données biologiques et physiques
On peut consulter en fin de chapitre les liens suivants :
Technical Summary and Examples.doc
donne des renseignements techniques supplémentaires sur le logiciel HMP
Manual_for_Habitat_Matching_Program_v2.pdf
est le guide complet d’utilisation http://www.searchmesh.net/ est le site Web du projet M
ESH
, où le logiciel HMP sera accessible en 2008.
4.2.3 - Définition des classes d’habitat propres à un levé
Les données sur les espèces et les caractéristiques physiques peuvent servir à créer des
classes fondées sur les similarités et les dissimilarités entre ces données. L’analyse multivariée de ces données constitue une approche empirique de la détermination des
classes d’habitat (où on « laisse les données s’exprimer ») qui exploite au maximum les données de terrain biologiques, physiques et environnementales. Cependant, l’analyse est habituellement orientée d’une certaine manière pour accentuer l’importance des espèces clés ou des raretés (voir plus loin l’alinéa Transformation). Pour l’essentiel, cette méthode consiste à faire une analyse statistique de nombreux échantillons différents afin de trouver des associations significatives entre les biocénoses et les conditions du milieu où elles vivent. Ces associations peuvent ensuite servir à définir et à classifier différents
habitats « naturels ».
Le principe du processus d’association entre données biologiques et physiques et de définition de caractéristiques d’habitat est simple. À partir d’un ensemble d’échantillons pour lesquels on dispose de données biologiques, physiques et environnementales, ce processus se déroule en quatre étapes :
1. Recherche de structures ou de groupes dans les données biologiques (voir paragraphe 4.2.3.1)
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 203
2. Recherche de structures ou de groupes dans les données physiques (voir paragraphe 4.2.3.2)
3. Recherche de corrélations entre structures des données biologiques et physiques, afin de définir des classes d'habitat (voir paragraphe 4.2.3.3)
4. Détermination des principales espèces caractéristiques et des propriétés physiques de chaque classe d'habitat (voir paragraphe 4.2.3.4)
Biological patterns
Correlation?
Habitat descriptions
Mud & Nephrops
Sand & Ensis
Gravel & Pecten
Cobbles & hydroids
Boulder & sponge
Habitat
Classes
Physical patterns
Détermination de classes d’habitat à partir de structures des données biologiques et physiques et de leurs corrélations
Les similarités et les dissimilarités se mesurent généralement à l’aide du coefficient de similarité de Bray-Curtis. Les coefficients ainsi calculés entre tous les échantillons pris deux à deux sont mis dans une matrice. Ensuite, on utilise deux techniques complémentaires d’analyse multivariée, l’ORDINATION et la CLASSIFICATION, pour trouver les groupes naturels d’échantillons semblables.
Un certain nombre de logiciels d’analyse statistique sont souvent utilisés en écologie benthique :
– PRIMER (Plymouth Routines In Multivariate Ecological Research – Modules Plymouth de recherche multivariée en écologie) offre des fonctions d’ordination par positionnement multidimensionnel non métrique (module MDS) et par analyse des composantes principales (PCA), afin de réunir en groupes d’échantillons (ou d’espèces) des structures de composition d’espèces et de variables environnementales ainsi que des modèles de regroupement hiérarchique (CLUSTER et SIMPROF) (Clarke et Warwick, 2001 ; Clarke et Gorley, 2006). PRIMER repère les variables (espèces) qui contribuent le plus aux similarités entre échantillons (SIMPER), analyse les similarités et dissimilarités entre groupes d’échantillons (ANOSIM, analogue des tests ANOVA d’analyse univariée), teste des relations entre deux ensembles d’échantillons selon des modèles multivariés (RELATE), repère les variables environnementales qui « expliquent le mieux » les structures des données biologiques (BEST). PRIMER possède également une vaste gamme de modules d’analyse univariée, de fonctions graphiques et d’autres modules d’analyse de données biologiques, physiques et environnementales ;
– DECORANA (DEtrended CORrespondence ANAlysis – Analyse des correspondances redressée) est un outil d’ordination complété par TWINSPAN (two-way indicator species analysis – Analyse à double entrée d’espèces indicatrices), outil de
classification d’espèces et d’échantillons qui produit un tableau à double entrée ordonné de leur occurrence (Hill, 1979a,b). Le processus de classification est hiérarchique : les échantillons sont répartis successivement en catégories, et les espèces sont ensuite réparties en catégories selon la classification des échantillons ;
204 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
– CANOCO est une extension de DECORANA (Hill, 1979b). Ce logiciel comprend les techniques indirectes d’analyse des composantes principales, d’analyse des correspondances (redressée) et d’analyse des coordonnées principales, de même que les techniques directes de calcul de moyenne pondérée, d’analyse canonique des correspondances (ou analyse discriminante linéaire) et d’analyse de redondance (ter
Braak, 1986 et 1988). CANOCO peut en outre vérifier à l’aide de tests de permutation de Monte Carlo si des espèces sont liées à des variables environnementales mesurées
(ter Braak, 1988).
Préparation des données
L’emploi d’outils d’analyse suppose que les données soient préparées de manière appropriée. En résumé, il faut s’assurer des points suivants :
– la taxinomie est correcte, du moins jusqu’à un certain niveau taxinomique (ou forme de vie en cas d’incertitude), et la nomenclature est normalisée afin d’éliminer les différences de noms (synonymes) d’un levé à l’autre ;
– seules des données acquises à l’aide de techniques comparables sont regroupées
(p. ex. les données de prélèvements à la benne et de carottages ne sont pas regroupées) ;
– lorsque des appareils différents ont été utilisés, par exemple une benne de 0,1 m
2
et une benne de 0,25 m
2
, les données sont normalisées en conséquence, par exemple en exprimant l’abondance des espèces en nombre par mètre carré ; la normalisation peut aussi se faire sous forme de pourcentages, mais cela risque de prêter à confusion ;
– il peut être souhaitable de transformer les données afin de diminuer l’influence des taxons très abondants, qui pourraient masquer des structures biologiques sousjacentes ;
– à l’opposé, il peut être souhaitable de choisir des espèces clés afin de mettre l’accent sur les espèces structurantes ou qui ont un rôle majeur, et de diminuer l’importance des raretés, ou même d’éliminer les espèces très rares des données ;
– les données physiques comprennent souvent des mesures de différentes variables, comme la température (
°C), la salinité ( o
/ oo
) et la profondeur (m). Comme ces variables sont mesurées avec des unités différentes, il faut normaliser les données de manière à les situer sur une échelle sans unité (afin que l’on puisse les comparer).
Avertissements
L’utilisation de techniques d’analyse requiert des compétences spécialisées. Il faut être conscient des limites des données et savoir comment les choix effectués en cours d’analyse peuvent influer sur les résultats. Il faut toujours exercer un jugement d’expert dans l’interprétation des résultats.
¾
Les transformations modifient de différentes manières la pondération des espèces rares par rapport aux espèces abondantes. La transformation la plus radicale consiste
à réduire l’abondance à une indication de présence ou d’absence. L’utilisation du système SACFOR est aussi une forme de transformation. Les données sur l’abondance des espèces peuvent être transformées selon la racine carrée, la racine quatrième ou le logarithme des nombres d’individus. Les transformations peuvent avoir des effets très importants sur la nature des groupes déterminés (voir la soussection 3.6.5).
¾
Il est souvent inapproprié d’inclure une trop grande variété d’habitats dans une analyse multivariée, dont les résultats reflètent alors des catégories évidentes
(habitats de gravier d’une part, de vase d’autre part) en masquant des différences plus
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 205 subtiles et « intéressantes » au sein de ces groupes. Il peut être préférable d’analyser séparément des habitats très différents.
¾
L’endofaune et l’épifaune sont rarement échantillonnées de manière efficace par une même technique. Il est donc normal de les échantillonner et de les analyser séparément, ce qui donne des ensembles distincts de classes de biocénose. Les analyses de l’endofaune conviennent davantage à des sédiments non consolidés
(vases, sables, graviers), et les analyses de l’épifaune à des sédiments consolidés
(rochers, blocs). Il faut s’attendre à certaines difficultés pour les substrats
intermédiaires (cailloutis), où l’habitat est caractérisé par l’endofaune aussi bien que l’épifaune.
Les descriptions de « biotope » de la typologie des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande (Connor et al., 2004) et de la typologie E
UNIS
(EUropean Nature Information
System – Système européen d’information sur la nature) ont tendance à favoriser l’épifaune sur les substrats durs (où elle est facilement observable) et l’endofaune dans les substrats meubles (où elle est plus abondante que l’épifaune). Un nombre relativement restreint de « biotopes » ont une description approfondie de l’endofaune aussi bien que de l’épifaune. Il est important d’être conscient de ces limites des descriptions de « biotope » existantes et du fait que des échantillons peuvent fournir des données plus complètes sur l’endofaune aussi bien que l’épifaune.
À l’heure actuelle, il y a peu de documentation sur les liens entre épifaune et endofaune.
Si l’on découvrait de tels liens, l’évaluation des « biotopes » à des fins de validation sur le terrain serait plus simple et moins coûteuse. Les associations entre l’endofaune et l’épifaune font l’objet d’une autre étude du projet M
ESH
intitulée « supervisée », p. 241.
4.2.3.1 - Recherche de structures dans les données biologiques
L’objectif visé ici est d’analyser les données biologiques des échantillons, qu’il faut avoir en nombre suffisant, afin d’identifier et de caractériser des biocénoses « naturelles » distinctes. Le processus commence avec l’hypothèse vide selon laquelle les échantillons ne présentent aucune différence de structure de la biocénose (c’est-à-dire qu’ils contiennent les mêmes types d’espèces et dans les mêmes proportions). Si l’analyse montre que c’est faux, on rejette l’hypothèse vide pour classer les échantillons en groupes qui ont des biocénoses semblables. Il en résulte une structure des données biologiques que l’on peut ensuite examiner afin de repérer les espèces qui caractérisent les
échantillons d’un groupe et celles qui distinguent un groupe d’un autre.
206 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
22 samples 5 groups
Characterising taxa
• ---------
• ---------
• ---------
• ---------
• ---------
• ---------
• ---------
• ---------
• ---------
• ---------
• ---------
• ---------
v s v s v s v s v s
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
- - -- - -- - -- - --
Discriminating taxa
Groupement des données des échantillons et identification des taxons qui distinguent les groupes les uns des autres
Préparation des données
Une certaine préparation des données est généralement nécessaire avant l’analyse. En plus de vérifier que l’identification taxinomique est cohérente dans l’ensemble des
échantillons (absence de synonymes), il faut souvent normaliser les jeux de données ou les transformer (p. ex. quant à la méthode d’expression de l’abondance des espèces).
Ces opérations peuvent parfois s’effectuer dans le logiciel d’analyse.
Normalisation
Le prélèvement d’échantillons benthiques est susceptible de donner lieu à un degré assez
élevé d’« erreurs d’échantillonnage » ou de variations. Par exemple, il est très difficile d’assurer la constance des prélèvements au chalut, car la distance parcourue par le chalut est potentiellement très variable d’un prélèvement à l’autre, même si ceux-ci sont de durée fixe (p. ex. 10 minutes), à cause de l’effet de la marée et des conditions météorologiques sur la vitesse du navire qui remorque le chalut. Il faut donc normaliser les données afin d’éliminer les variations d’échantillonnage. Dans le cas d’échantillons prélevés au chalut, on calcule la surface balayée à chaque prélèvement (distance parcourue
× largeur du chalut) et on exprime l’abondance (ou la biomasse) des espèces par unité de surface du fond (p. ex. par m
2
, 10 m
2
, 100 m
2
ou km
2
, selon le cas). Dans le cas des échantillons prélevés à la benne ou par carottage, la convention acceptée est d’exprimer l’abondance (ou la biomasse) par unité de surface du fond échantillonné plutôt que par unité de volume de matériel prélevé. C’est pour cette raison que les spécifications des bennes et des carottiers font référence à une surface (p. ex. benne Day de 0,1 m
2
, carottier-boîte de 0,2 m
2
, etc.). Une méthode universelle de normalisation de l’abondance ou de la biomasse consiste à l’exprimer sans unités, c’est-à-dire à la convertir en pourcentage.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 207
Espèce
Abondance Abondance Abondance en nombre d’individus par
100 m
Ech 1 Ech 2 Ech 1
2
162.5 68.9
en pourcentage
Ech 2 Ech 1 Ech 2
Exemple de normalisation des données sur l’abondance des espèces. Deux prélèvements au chalut couvrant des surfaces différentes
(200 m
67.5
3.2
4.3
2
pour l’échantillon 1 et 390 m
2
pour l’échantillon 2) ont été effectués. Même si les
46.0
0.4
7.4
19.5
données en nombres d’individus semblent
0.4
8.6
18.7
2
et abondance en pourcentage) montrent que les deux
0.6
0.5
Totaux 472 934 236.0 100 100
Transformation
Dans les biocénoses, il est courant d’avoir un grand nombre de petits animaux et un nombre relativement limité d’espèces de grande taille, ce qui peut poser des problèmes dans les analyses de biocénose fondées sur l’abondance des espèces. En effet, une ou deux espèces très nombreuses semblent alors être les seuls descripteurs significatifs de la biocénose, alors que celle-ci peut en fait compter plus d’une centaine d’espèces, dont certaines de grande taille et caractéristiques de l’habitat (p. ex. le tourteau), mais présentes en nombre restreint. Il faut donc équilibrer les données de manière à réduire l’influence statistique des espèces très nombreuses et de rehausser l’importance des espèces moins abondantes. Cela se fait par simple transformation mathématique des données brutes sur l’abondance des espèces, comme le montre le tableau ci-après. La racine carrée, la racine quatrième et la fonction Log(x+1) ont un effet de plus en plus important sur les données brutes. La transformation « Présence ou absence » est la plus radicale de toutes puisqu’elle élimine entièrement les données sur l’abondance. Le choix de la transformation à utiliser est une question d’expérience et de jugement, mais on peut répéter systématiquement les analyses afin de tester des transformations de plus en plus radicales.
Abondance
Transformations
Racine carrée
Racine quatrième
Log
(x+1)
P ou A
Exemple de tableau des
1
1
10 000
100 000
100.00
316.23
1 000 000 1000.00
10.00
17.78
31.62
4.00
5.00
6.00
1
1
1
Certaines formes de vie ne se prêtent pas à des mesures d’abondance en nombres d’individus. C’est le cas par exemple des espèces coloniales (p. ex. Éponges, Hydraires,
Bryozoaires), qui peuvent cependant être caractéristiques de certains habitats, en particulier les récifs de cailloutis, les affleurements rocheux, ainsi que les graviers et sables stables. Il est donc crucial d’inclure ces espèces dans l’analyse, et les données sur la biomasse peuvent alors être préférables aux statistiques d’abondance. Les données sur la présence ou l’absence des espèces permettent de faire une évaluation initiale portant sur toutes les formes de vie, coloniales ou non. Cette évaluation constitue un point de départ utile de l’analyse, que l’on peut ensuite raffiner en utilisant les données sur l’abondance ou la biomasse. L’utilisation des données sur l’abondance exclut en principe toute prise en considération des espèces coloniales, parce que celles-ci sont typiquement notées sur une échelle non numérique d’abondance relative (p. ex. l’échelle SACFOR décrite précédemment) et que les logiciels d’analyse sont incapables de traiter des données non numériques.
208 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Dans un tel cas, on convertit les données sur l’abondance relative ou la biomasse en
« équivalents numériques » en leur attribuant ce qui semble être une valeur d’abondance appropriée. Les méthodes qui permettent de faire une telle conversion de manière cohérente en sont encore à leurs balbutiements, mais cela ne devrait pas constituer un obstacle si l’on considère l’effet des transformations probables sur les valeurs ainsi attribuées. En effet, l’ordre de grandeur est plus important que la valeur précise, comme le montre le tableau.
Valeur attribuée Racine carrée Racine quatrième Log (x+1)
100 10.00 3.16 2.00
200 14.14 3.76 2.30
1000 31.62 5.62 3.00
2000 44.72 6.69 3.30
Méthodologie
La méthode la plus souvent employée pour déterminer les structures des données biologiques est l’analyse de groupement. Les similarités entre échantillons peuvent être visualisées à l’aide d’un dendrogramme (analyse de groupement) ou d’un schéma d’ordination (voir plus loin). Un certain nombre de logiciels permettent de faire ces analyses, par exemple PRIMER , MVSP
(Multi Variate Statistical Package – Logiciel statistique d’analyse multivariée) et CLUSTAN
(CLUSter ANalysis – Analyse de groupement).
L’analyse de groupement est une technique qui consiste à comparer la composition de chaque échantillon avec celle de chacun des autres échantillons (comparaisons deux à deux). Cette technique est valable pour les données sur la présence ou l’absence, l’abondance et la biomasse. En Europe, l’indice de comparaison le plus utilisé est le coefficient de similarité de Bray-Curtis. Une similarité triangulaire des similarités entre
échantillons est produite puis utilisée dans une procédure qui regroupe les échantillons les plus semblables. Ces groupes sont placés dans un dendrogramme qui représente la hiérarchie des similarités entre échantillons et groupes d’échantillons (figure ci-dessous).
Clustering
20
80
100
40
60
Samples
1 2 3 4
A
17 0 0 0
B
21 0 0 13
C
17 25 0 18
D
0 19 35 17
E
0 34 43 12
F
0 0 0 0
Sample
1 2 3 4
1 -
2 25.6
-
3 0.0 67.9
-
4 52.2 68.1 42.0
-
Samples
3
2D Stress: 0
2
Sample data Similarity index
1
4
Ordination
Schéma d’une analyse de groupement. À partir d’une matrice donnant l’abondance des espèces dans chaque échantillon, on calcule un indice de similarité (au centre) à partir duquel on trace un dendrogramme des similarités, ou un schéma d’ordination dans lequel les échantillons semblables sont entourés (d’après Clarke et Warwick, 2001).
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 209
Le schéma d’ordination est une autre façon de représenter ces similarités et dissimilarités.
Des points représentant les échantillons sont placés dans un espace multidimensionnel de telle sorte que la distance entre deux points représente le degré de similarité ou de dissimilarité entre les échantillons correspondants (plus les points sont rapprochés, plus les échantillons sont similaires). Une méthode populaire, appelée positionnement multidimensionnel non métrique, fait appel aux valeurs de similarité ordonnées, de sorte que les deux points les plus rapprochés correspondent aux échantillons les plus similaires, et les deux plus éloignés aux échantillons les moins similaires. En réalité, le schéma compte n-1 dimensions, où n est égal au nombre d’échantillons, mais pour faciliter l’interprétation, le schéma est ramené à 2 ou 3 dimensions avec une valeur de
« contrainte » qui indique jusqu’à quel point le schéma 2D ou 3D représente l’ordination multidimensionnelle.
Pour faciliter l’interprétation des ordinations par positionnement multidimensionnel, on peut tracer des contours qui mettent en évidence les groupes d’échantillons similaires déterminés par l’analyse de groupement. Par exemple, dans le schéma d’ordination ciaprès des données sur l’épifaune, on délimite trois groupes principaux (contours rouges).
On associe à chaque échantillon un disque dont la surface représente l’abondance relative d’une espèce choisie. Dans ce cas-ci, le crabe porcelaine Pisidia longicornis est nettement une espèce caractéristique de l’un des groupes.
T ransform: Fourth root
Resemblance: S17 Bray Curtis similarity
3D Stress: 0.13
Pisidia longicornis
178
179
158
182
124
105
38
185
177
156
145
147
144
180
97
49
99
16
164
190
52
77
100
176
84
128
163
152
157
37
149
34 169
33
165
40
206
111
3
171
146
26
116
30
203 112
210
93
45
196
4
60
64
238
94
153
57
202
197
201
68 66
43
134
58
172
173
3
12
21
30
Exemple de représentation en 2 dimensions d’une ordination par positionnement multidimensionnel des données sur l’épifaune. Les stations d’échantillonnage sont étiquetées par leur numéro d’ordre.
Les traits rouges sont des contours d’indice de similarité de 42 %. Par conséquent, tous les
échantillons à l’intérieur d’un contour ont un indice de similarité d’au moins 42 %. Trois groupes principaux ressortent à ce niveau de similarité. À chaque échantillon est associé un cercle qui représente l’abondance relative du crabe porcelaine Pisidia longicornis. L’échelle d’abondance relative de ces cercles figure à droite du graphique.
4.2.3.2 - Recherche de structures dans les données physiques
L’objectif visé ici est de trouver dans les paramètres physiques et environnementaux des structures qui déterminent le type d’habitat. Le substrat (rocher, gravier, sable, vase, etc.) est généralement le principal facteur, car chaque type de substrat fournit des conditions de vie différentes et héberge donc des biocénoses manifestement différentes. Ces conditions sont modifiées par des paramètres environnementaux tels que la profondeur, l’exposition (aux vagues et à l’énergie des marées), la salinité, etc., qui forment une
210 4 - Comment réalise-t-on une carte ? matrice multidimensionnelle de milieux physiques. L’analyse des données physiques et environnementales indique quelle partie de cette matrice est représentée par un
échantillon et quelles sont les principales composantes qui caractérisent et différencient des groupes d’échantillons.
Préparation des données
Seules de véritables variables (pourcentage de gravier, de sable ou de vase dans des sédiments, mesures réelles de la température et de la salinité, etc.) peuvent donner lieu à des analyses numériques. Il est parfois souhaitable de simplifier l’analyse en convertissant les données en catégories que l’on utilise ensuite comme facteurs. Cette approche est courante dans le cas des données sur les sédiments, où l’on utilise le triangle de Folk pour classifier les échantillons de sédiments en catégories telles que
« sable graveleux », « gravier sableux », « vase sableuse », etc., que l’on voit sur de nombreuses cartes de sédiments benthiques.
De nombreux facteurs ou descripteurs environnementaux sont enregistrés sous forme de catégories. C’est le cas par exemple de l’exposition aux vagues (exposé, abrité, extrêmement abrité) et des étages ou zones biologiques (sublittorale, infralittorale, circalittorale, etc.). Ces catégories sont souvent notées sous forme de codes, plus faciles
à manipuler dans un tableur ou à lire sur un graphique. Si l’on utilise des codes numériques, il faut se rappeler qu’il s’agit de catégories et que l’on ne peut pas les utiliser dans des analyses numériques.
Lorsque l’on mesure un ensemble de variables physiques et environnementales, les données sont exprimées avec une variété d’unités différentes (p. ex la température en
°C, la salinité en o
/ oo
, la vitesse du courant en nœuds ou en m/s). Il est futile de tenter une analyse numérique sur les valeurs absolues de ces mesures, car les données dont les valeurs ont la plus grande étendue sembleront avoir l’influence la plus grande. Pour surmonter cette difficulté, il faut exprimer les données sous forme de valeurs relatives, sans unités. Cela se fait par une opération mathématique simple appelée normalisation, à partir de la moyenne et de l’écart type des valeurs. L’opération consiste à soustraire de chaque valeur la moyenne, puis à diviser le résultat par l’écart type.
Dans l’exemple ci-dessus, les valeurs de la température vont de 5 à 14
°C, et celles de la salinité de 33,1 to 34,0 o
/ oo
. Ces deux jeux de données semblent très différents lorsque l’on regarde les valeurs (colonne A), ou même leur étendue, leur moyenne ou leur écart type. La normalisation des données les rend indépendantes des unités de mesure. Si l’on compare les données normalisées (colonne C), on constate que la température et la salinité ont des structures identiques.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 211
Méthodologie
Il y a plusieurs manières de déterminer des structures dans les données physiques. La plus connue est probablement l’analyse des composantes principales (ACP). Cette méthode d’ordination simplifie les données physiques en les exprimant dans un nouveau système de coordonnées, de telle sorte que la première coordonnée (première composante principale) ait la plus grande variance, que la deuxième composante principale ait la deuxième plus grande variance, et ainsi de suite. Dans cette méthode d’analyse indirecte des gradients, les échantillons sont répartis selon les axes d’ACP. Les composantes principales représentent des combinaisons linéaires des variables.
50
0
% Sand
D
D
D
Mean (mm)
C
Sorting
B
% Gravel
B
B
C
C
% Silt/Clay
-50
-50 0
PC1
50 100
Graphique résultant d’une analyse des composantes principales (ACP) des données d’échantillons de sédiments prélevés dans quatre zones (A à D) du banc Hastings Shingle dans la Manche (Brown et al.,
2001). Les variables sont la taille moyenne des grains (mm), le coefficient de classement, le pourcentage de gravier, le pourcentage de sable, et le pourcentage de silt ou d’argile. La plus grande variance (le long de l’axe de la première composante principale) est clairement définie par le rapport du contenu des échantillons en sable et en gravier.
On peut néanmoins appliquer aux données physiques les mêmes techniques employées pour l’analyse des données biologiques. Ainsi, l’analyse de groupement et l’ordination par positionnement multidimensionnel constituent des méthodes simples de détermination des structures. Cependant, le coefficient de similarité de Bray-Curtis n’a pas la même utilité pour les données physiques que pour les données biologiques, parce que la valeur zéro n’a pas de signification particulière dans les données physiques : elle ne représente qu’un point sur une échelle, alors que dans les données biologiques un zéro indique l’absence d’une espèce. Comme les variables ont probablement des échelles différentes, la normalisation produit des valeurs négatives et positives. Des mesures de distance comme la distance euclidienne constituent donc la meilleure mesure de similarité pour des données physiques et environnementales.
212 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Représentation en 2 dimensions d’une ordination par positionnement multidimensionnel des mêmes données que dans le graphique précédent d’ACP (Brown et al., 2001). Le regroupement plus serré des échantillons des zones A et D indique que ceux-ci sont plus semblables et plus constants dans leur composition que les échantillons des zones B et C.
4.2.3.3 - Recherche de corrélations entre structures des données biologiques et physiques
Différentes méthodes sont disponibles pour examiner les corrélations entre les structures couramment utilisés qui possèdent une variété de fonctions d’analyse multivariée.
PRIMER
PRIMER (Plymouth Routines In Multivariate Ecological Research – Modules Plymouth de recherche multivariée en écologie) comporte une vaste gamme de modules d’analyse univariée et multivariée et de fonctions graphiques pour l’analyse de données biologiques, physiques et environnementales (Clarke et Warwick, 2001 ; Clarke et Gorley, 2006). Les modules BEST et LINKTREE sont conçus pour lier des structures de données biologiques multivariées à une ou plusieurs variables environnementales.
Le module BEST de la version 6 de PRIMER combine les fonctions BIO-ENV et BVSTEP de la version 5. BIO-ENV utilise toutes les variables environnementales disponibles pour trouver la combinaison qui « explique le mieux » les structures des données biologiques.
Cependant, lorsqu’il y a un grand nombre de variables (plus de 15 ou 16), ce module peut perdre de son utilité à cause du temps de calcul trop long. L’option BVSTEP permet alors d’effectuer une recherche par étapes des variables significatives, à la fois par sélection
ascendante et par élimination descendante. En commençant par la variable ayant le coefficient de corrélation le plus élevé, on ajoute successivement des variables, on teste les combinaisons qui en résultent et (à chaque étape) on élimine la variable dont la contribution est la moindre. Plusieurs itérations de la procédure sont effectuées à partir d’un certain nombre (p. ex. jusqu’à 6) de variables choisies au hasard, afin de trouver la
« meilleure corrélation ».
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 213
Exemple de tableau d’analyse de BIO-ENV portant sur la répartition des Polychètes benthiques dans la mer d’Irlande (tiré de Mackie et al., 1997). Une combinaison de trois variables environnementales
(pourcentage de gravier, pourcentage de silt et profondeur) donne la corrélation la plus élevée avec les structures observées dans les données biologiques.
À partir de la combinaison de variables qui, d’après la fonction BIO-ENV, « explique le mieux » les structures des données biologiques, et des similarités fauniques entre stations, le module LINKTREE trouve la manière la plus efficace de décrire les relations entre les données biologiques et environnementales par rapport aux variables successives prises séparément. En commençant avec le groupe formé de tous les
échantillons, LINKTREE le sépare en deux groupes (séparation binaire) en fonction de la ou des variables environnementales qui exercent le plus d’influence. Par exemple, la première séparation pourrait être telle que les deux groupes soient les moins similaires quant à la salinité de l’eau. En répétant de manière itérative ce processus sur les groupes résultants, LINKTREE sépare les échantillons en un certain nombre de groupes, à l’intérieur desquels tous les échantillons ont des caractéristiques biologiques et physiques semblables.
Plus techniquement, l’ensemble des échantillons est successivement séparé selon la ou les variables environnementales qui maximisent la séparation entre les groupes dans un espace multidimensionnel. Il arrive que plusieurs variables interviennent dans une séparation (lorsque chacune de ces variables donne le même résultat). Un test statistique sert à déterminer si une séparation est significative (à un niveau de 5 %). Si elle ne l’est pas, le processus de séparation s’arrête. Une valeur de sortie (B %, voir le tableau) donne une mesure absolue des différences entre groupes, une faible valeur indiquant que les
échantillons sont similaires.
Contrairement à l’analyse de groupement, le regroupement se fait ici par séparation, et il peut y avoir des inversions dans le modèle de regroupement. À la différence de BIO-ENV, les variables environnementales sont non additives dans LINKTREE. Cela présente l’avantage qu’une variable peut être jugée importante dans une partie de toute la répartition de la faune, mais pas ailleurs (à l’inverse, BIO-ENV examine la situation dans son ensemble). Le module LINKTREE a aussi un potentiel de prédiction : si les conditions du milieu sont connues pour une nouvelle station d’échantillonnage, les résultats du
LINKTREE permettent d’affecter celle-ci à un ensemble ou groupe particulier de sites.
214 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Exemple d’analyse effectuée par le module LINKTREE de PRIMER : séparations binaires successives des échantillons en des groupes ayant des propriétés biologiques et physiques semblables. La première ligne du tableau ci-dessous montre que, au nœud G, les échantillons sont séparés en deux groupes, AG et H, selon le pourcentage de sable qu’ils contiennent.
Nœud et séparation Variable Gauche (Droite)
Exemple de tableau montrant une partie de l’information descriptive résultant d’une analyse par
LINKTREE de la répartition de la faune benthique dans la partie ouest du chenal de Bristol (tiré de
Mackie et al., 2006)
CANOCO
Créé comme une extension de DECORANA (Hill, 1979b), CANOCO est un logiciel qui effectue l’ordination canonique de biocénoses (CANOnical Community Ordination) par analyse de corrélation (partielle, redressée et canonique), analyse des composantes principales et analyse de redondance (ter Braak, 1986 et 1988). Depuis une vingtaine d’années, ce logiciel a évolué pour inclure une variété de méthodes d’ordination multivariée, et la version 4.5 actuelle est disponible avec une interface utilisateur Windows
(ter Braak et Smilauer, 2002). Jongman et al. (1995) présentent en détail la théorie sousjacente et la mise en œuvre des diverses techniques.
Les ordinations, tout comme l’analyse de groupement, constituent des méthodes
« indirectes » d’analyse des relations entre les espèces et leur milieu, puisque des
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 215 procédures supplémentaires sont nécessaires pour établir la corrélation entre les structures biologiques et les variables environnementales. Les analyses canoniques (ou contraintes) évitent cela en intégrant ordination et régression.
Les méthodes d’ordination disponibles se répartissent en quatre catégories :
Ordinations sans contrainte
Ordinations canoniques
Ordinations partielles
Ordinations canoniques partielles
Description de la structure d’un seul jeu de données
Explication d’un jeu de données par un autre jeu de données (ordinations contraintes par les variables explicatives)
Description de la structure d’un jeu de données en tenant compte des variations expliquées par un second jeu de données (données covariables)
Explication d’un jeu de données par un autre jeu de données en tenant compte des variations expliquées par un troisième jeu de données (données covariables)
Ter Braak et Verdonschot (1995) examinent l’utilisation de l’analyse canonique des correspondances (ACC) en écologie aquatique. Cette technique est la méthode d’analyse directe des gradients la plus utilisée. Elle est largement employée dans des études du milieu benthique, des zones intertidales jusqu’aux grands fonds (Ysebaert et Herman,
2002 ; Narayanaswamy et al., 2003 ; Bergquist et al., 2005). En ACC, les axes d’ordination sont déterminés à partir de combinaisons linéaires des variables environnementales qui maximisent la dispersion des cotes des espèces (et des
échantillons). Les variables environnementales sont représentées par des flèches qui partent du point origine du graphique, celui-ci correspondant à la moyenne générale de chaque variable. Les longues flèches sont plus fortement corrélées aux axes d’ordination que les flèches courtes.
Dans l’exemple qui suit, on a utilisé l’ACC pour étudier les relations entre les espèces et le milieu pour les Polychètes benthiques de la mer d’Irlande (Mackie et al., 1997). Une sélection ascendante des variables a permis de détecter les sept qui « expliquaient le mieux » les données. À chaque étape, un test de permutation de Monte Carlo a été utilisé pour déterminer jusqu’à quel point chaque variable était significative. Les cinq premières
Collectivement, les sept variables expliquaient 34,75 % de l’inertie totale.
Exemple de tableau de sélection ascendante de variables lors d’une étude de la répartition des
Polychètes benthiques dans la mer d’Irlande
Dans l’ordination, les axes I et II étaient les plus importants, comptant pour 21,3 % de la variance des espèces, et pour 61,2 % de la variance expliquée par les variables.
216 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Exemple de tableau sommaire d’ordination par ACC pour les relations entre les Polychètes et les variables environnementales
Comme le montre le graphique de l’ordination et la matrice de corrélations, le contenu des sédiments en gravier a été la variable la plus influente pour l’axe I. La profondeur et la latitude ont joué le rôle le plus important dans la définition de l’axe II. Des variables telles que la profondeur et la latitude peuvent toutefois n’être que des intermédiaires représentant d’autres facteurs qui varient en même temps (p. ex. la température, la pression, les courants) plutôt que de jouer un rôle important en soi.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 217
Exemple de matrice de corrélations des variables environnementales pour les axes I à IV
Même si elles ne font pas partie du graphique d’ACC illustré ci-dessus, les espèces peuvent également y être représentées, soit sur le même graphique avec chaque station
d’échantillonnage, soit séparément (pour plus de clarté). Les espèces représentées sont alors celles qui ont la plus forte corrélation avec les facteurs environnementaux. De la même manière, les relations entre espèces et environnement peuvent être étudiées à l’aide d’une analyse canonique des correspondances partielles. Oug (1998) l’a montré dans une étude de la macrofaune benthique de la région de Tromsø, en Norvège.
4.2.3.4 - Détermination des principales caractéristiques
L’établissement de corrélations entre les données biologiques d’une part, et les données physiques et environnementales d’autre part, produit un certain nombre de groupes d’échantillons susceptibles d’être représentatifs de différents habitats. Au sein de chaque groupe, les échantillons ont des propriétés similaires, et il reste à déterminer quelles caractéristiques définissent l’habitat et son échelle pertinente.
Caractéristiques biologiques
Les listes d’espèces par ordre d’abondance sont utiles, car elles donnent un aperçu facile de l’importance relative des divers taxons au sein de chaque groupe. Par contre, elles ne comprennent généralement ni les espèces coloniales ni les plantes, auxquelles on attribue rarement un indice d’abondance. Il est néanmoins important d’inclure ces espèces si elles sont caractéristiques de l’habitat, particulièrement si elles confèrent à l’habitat une certaine structure (algues, éponges, etc.) utilisée par d’autres espèces.
La vraie question à résoudre est d’identifier les espèces qui ont permis de déterminer les structures (groupements) biologiques observés. La liste des taxons caractéristiques comprend normalement ceux qui contribuent le plus aux similarités au sein d’un groupe, alors que les taxons discriminants sont ceux qui contribuent le plus aux dissimilarités entre groupes. Dans le logiciel PRIMER un même module appelé SIMPER (SIMilarity
PERcentages – pourcentages de similarité) produit ces deux types de listes, comme le montre l’exemple suivant.
Taxon
Groupe 1
Hinia sp.
Pagarus bernhardus
Ophiura ophiura
Ophiura albida
Callionymus sp.
Macropodia sp.
Pagarus prideauxi
Aphrodita aculeata
Corbula gibba
Gobiidae
Abondance moyenne Contribution (%) Pourcentage cumulatif
1071,00 14,57 14,57
256,25 11,11 25,68
214,25 7,63 33,31
3137,50 5,97 39,28
9,00 4,86 44,13
16,75 4,63 48,76
5,50 4,30 53,06
8,50 4,13 57,19
71,25 4,10 61,29
25,25 3,96 65,24
218 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Hinia sp.
Callionymus sp.
Macropodia sp.
Aequipecten opercularis
Pagarus prideauxi
Liocarcinus holsatus
Gobiidae
Taxon
Groupe 2
Pagarus bernhardus
Anapagarus laevis
Ophiura albida
Abondance moyenne Contribution (%) Pourcentage cumulatif
92,54 12,50 12,50
31,85 8,90 21,40
123,92 7,74 29,14
32,00 6,77 35,91
5,92 5,47 41,38
10,69 4,76 46,14
7,38 4,60 50,74
6,69 4,49 55,23
3,92 4,25 59,48
4,00 3,99 63,47
Exemple de la première partie des résultats du module SIMPER portant sur des échantillons prélevés au chalut à perche dans la Manche orientale, où deux groupes principaux ont été identifiés. Cette première partie donne les dix taxons les plus abondants de chaque groupe, avec leur abondance moyenne et leur contribution (en pourcentage, avec les pourcentages cumulatifs) à la similarité moyenne entre les échantillons de ces groupes.
Taxon
Aphrodita aculeata
Phaxas pellucidus
Acanthocardia
sp.
Limanda limanda
Abra
sp.
Echinocardium cordatum
Liocarcinus pusillus
Buglossidium luteum
Echiichthys vipera
Ophiura ophiura
Aequipecten opercularis
Crangon allmanni
Psammechinus miliaris
Abondance moyenne
Groupe 1 Groupe 2
Contribution
(%)
8,50 0,31 4,19
4,00 0,00 3,61
Pourcentage cumulatif
4,19
7,80
7,00 0,00 3,61 11,41
7,50 0,08 3,53 14,94
113,25 0,08 3,41 18,35
9,75 0,15 3,22 21,57
0,75 2,08 3,10 24,68
5,75 0,92 2,78 27,46
0,25 1,15 2,72 30,18
214,25 2,31 2,68 32,86
1,50 7,38 2,53 35,39
0,50 3,46 2,51 37,91
0,00 5,15 2,45 40,36
Exemple de la seconde partie des résultats du module SIMPER portant sur des échantillons prélevés au chalut à perche dans la Manche orientale, où deux groupes principaux ont été identifiés. Cette seconde partie donne les taxons qui contribuent aux premiers 40 % de dissimilarité entre les groupes, avec leur abondance moyenne dans chaque groupe et leur contribution (en pourcentage, avec les pourcentages cumulatifs) à cette dissimilarité.
Il faut en outre considérer la fidélité et la spécificité des espèces par rapport à un type d’habitat. Un degré élevé de fidélité d’une espèce signifie qu’elle est toujours présente dans un type d’habitat. Un degré élevé de spécificité d’une espèce signifie qu’elle est présente uniquement dans ce type d’habitat (autrement dit, qu’elle est inféodée à ce type d’habitat). Ce sont évidemment des propriétés importantes des taxons caractéristiques.
Dans l’exemple ci-dessus, plusieurs taxons sont présents dans un groupe mais non dans l’autre (p. ex. Phaxas pellucidus, Psammechinus miliaris).
Enfin, il est important d’enregistrer la liste complète des espèces du type d’habitat, ou du moins celles qui sont le plus souvent présentes (avec les données sur leur abondance relative ou leur biomasse, pour l’ensemble des échantillons du groupe). Ces données seront nécessaires pour décrire la classe d’habitat cartographiée, pour créer une nouvelle
classe d’habitat dans une typologie existante, et pour aider à définir un standard pour ce nouveau type d’habitat dans le logiciel HMP.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 219
Le module TWINSPAN effectue une analyse à double entrée d’espèces indicatrices afin de classifier les espèces et les échantillons, et produit un tableau ordonné à double entrée de l’occurrence des espèces (Hill, 1979a, b). Là encore, les résultats requièrent une
interprétation « écologique ». Le processus de classification est hiérarchique. Les
échantillons sont successivement subdivisés en catégories, puis les espèces sont réparties en catégories sur la base de la classification des échantillons. Cette technique est souvent employée en botanique, mais il y a relativement peu d’applications dans le domaine des habitats benthiques (p. ex. Heip et Craeymeersch, 1995 ; Hensley, 1996 ;
Rendall, 1997). Mettam et al. (1994) ont fait appel à la fois à l’analyse de groupement et à
TWINSPAN dans leur étude de la macrofaune benthique de l’estuaire de la Severn.
L’analyse de groupement a produit dix groupes fauniques, alors que TWINSPAN en a produit neuf. Après avoir considéré l’ensemble de ces résultats, les auteurs ont déterminé huit groupes fauniques – dont chacun occupe des types de sédiment différents à des profondeurs différentes.
Caractéristiques physiques
Les résultats des analyses effectuées à l’aide de BIO-ENV (PRIMER) ou de CANOCO indiquent les variables physiques qui contribuent le plus à déterminer les structures biologiques. Parmi celles-ci, le type de substrat est d’un intérêt particulier et doit être décrit le plus complètement possible. L’étendue des valeurs d’autres variables physiques, comme la salinité, la profondeur et la température, doit faire partie de la description, de même que les descripteurs hydrodynamiques, environnementaux ou écologiques comme l’exposition aux vagues, la vitesse des courants, la zone biologique, etc.
4.2.3.5 - Établissement des correspondances avec une typologie existante
L’étape finale de la définition des classes d’habitat propres à un levé consiste à voir si certaines des descriptions d’habitat issues de l’analyse et de l’interprétation des données de terrain correspondent en tout ou en partie à des habitats identifiés dans une typologie existante. À ce jour, de nombreuses études ont négligé cette étape : au lieu de tenter de faire des liens entre les classes d’habitat déterminées et une typologie « normalisée » existante, elles se fondent uniquement sur les classes d’habitat propres à l’étude. Cette façon de faire ne présente pas de grands avantages. La comparaison avec des typologies existantes et la réalisation de cartes entièrement ou partiellement corrélées avec de telles
typologies sont importantes pour la normalisation des cartes et l’interopérabilité des données (voir le chapitre 6 « Que peut-on faire avec une carte ? »).
Si aucune correspondance satisfaisante n’est trouvée, il faut utiliser l’information pour créer une nouvelle classe d’habitat, afin d’améliorer la typologie existante. Il est possible de proposer des améliorations à la typologie E
UNIS
à l’aide des documents suivants disponibles dans le dossier des documents :
Le document
E
UNIS
marine habitat classification: Application, testing and
improvement (
E
UNIS
application v3.doc
) explique comment définir de nouvelles classes d’habitats pour la typologie E
UNIS
.
Le document
E
UNIS
marine proposal pro-forma (
E
UNIS
marine proposal proforma v3.xls
) contient un formulaire et donne un exemple de proposition.
Toute proposition de classe d’habitat pour la typologie E
UNIS
doit être saisie sur ce formulaire et envoyée au JNCC, à l’adresse david.connor@jncc.gov.uk
.
4.2.4 - Regroupement de données
Plusieurs techniques d’analyse présentées plus haut supposent que les données ont été acquises au moyen de techniques normalisées, que ce soit au cours d’un même levé (ou d’une série de levés coordonnés) ou de plusieurs levés différents suffisamment similaires
220 4 - Comment réalise-t-on une carte ? pour que les données puissent être regroupées dans un même ensemble. Par contre, si les techniques employées présentent des différences substantielles, cela a nécessairement des conséquences sur la composition de l’ensemble de données ainsi constitué.
On sait par expérience que les jeux de données reflètent les compétences et les habitudes des opérateurs, même lorsque les techniques utilisées sont en principe
équivalentes d’un levé à l’autre. On peut devoir supprimer des identifications discutables d’un ou de plusieurs jeux de données, ou recourir à des niveaux taxinomiques supérieurs
à ceux qui sont indiqués.
On peut devoir faire des transformations mathématiques des données brutes, ou même les réduire aux catégories du système SACFOR ou à des indications de présence ou d’absence, pour trouver un dénominateur commun entre plusieurs jeux de données, particulièrement si l’on soupçonne que des données sont biaisées. Il peut être important d’éliminer les raretés des données, afin que les données transformées reflètent des occurrences d’espèces en lesquelles on puisse avoir confiance.
Il est possible que des données soient sous forme de classes d’habitat qui doivent être traduites selon la nomenclature typologique la plus récente. Là où la traduction n’est pas claire, on peut devoir regrouper des types d’habitat à un niveau plus élevé de la typologie, d’où une perte éventuelle d’information. Une autre possibilité consiste à utiliser une forme de vie ou un complexe qui représente l’essence du biote des habitats en question.
4.3 - Optimisation des couches physiques
La deuxième étape principale de la production d’une carte d’habitats consiste à sélectionner les couches physiques les plus appropriées. Cela peut exiger une certaine préparation des données brutes (p. ex. des nouvelles données de télédétection qui ont
été acquises).
À ce stade, on suppose que des couches de données acquises au cours d’un même levé
(ou d’une série de levés coordonnés), par exemple des cartes acoustiques, ont été préparées selon une norme acceptable (voir le chapitre 3 « Comment se fait l’acquisition des données ? »). Il s’agit ici de préparer ces données et les données provenant d’autres sources pour les intégrer aux données de terrain afin de produire des cartes d’habitats biologiquement pertinentes. On peut adopter une approche rudimentaire, ou faire une analyse plus poussée en étudiant le rôle de nombreuses variables. La sélection des variables principales sera guidée par l’expérience acquise au cours de l’analyse des données de terrain.
L’adéquation d’un lieu à une espèce donnée (et par extension à une biocénose caractéristique d’un type d’habitat) dépend en grande partie de facteurs physiques et environnementaux. Cependant, la présence de facteurs favorables à un habitat ne signifie pas qu’une espèce donnée soit présente, car de nombreux autres facteurs (compétition, histoire du recrutement, prédation, activités humaines, etc.) peuvent entraîner son absence.
Un petit nombre de facteurs physiques et environnementaux ont une importance universelle dans la détermination de la répartition de toutes les espèces marines et de tous les types d’habitat marin. Trois d’entre eux, énumérés ci-dessous, sont considérés comme fondamentaux dans la typologie E
UNIS
et constituent les données de base d’une
cartographie prédictive aux niveaux 3 et 4 de la typologie E
UNIS
pour tout le territoire couvert par le projet M
ESH
(ce que l’on appelle les « cartes de triplets » décrites page
245). Le chapitre 2 « Que veut-on cartographier ? » présente de manière générale les données qui sont nécessaires ; ici on insiste sur l’importance des couches physiques requises.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 221
¾ Substrat – Le substrat (p. ex. rocher, sable, vase, blocs) est cartographié sous forme de classes définies selon une échelle granulométrique (p. ex. l’échelle de Wentworth ) ou selon les proportions relatives de silt, de sable et de gravier (le triangle de Folk).
Cependant, les caractéristiques cruciales du substrat varient considérablement d’une espèce et d’un habitat à l’autre, de sorte que des variables continues et définies de manière précise, telles que le pourcentage de silt ou la taille médiane des grains, peuvent être plus significatives sur le plan biologique et donc mieux adaptées à une modélisation. Certaines de ces variables peuvent être déduites de données de télédétection grâce à l’interprétation d’experts ou au moyen d’une classification automatisée.
¾
Bathymétrie – De nombreuses contraintes environnementales importantes qui jouent sur la répartition des espèces sont liées à la profondeur. Le degré de pénétration de la lumière est souvent donné en fonction de la profondeur, mais cela dépend des conditions locales et régionales de turbidité de l’eau.
¾ Énergie hydrodynamique – L’énergie hydrodynamique au fond de la mer peut être mesurée, mais elle est souvent modélisée à partir d’autres facteurs, et il y a plusieurs manières de l’exprimer et de la calculer.
Il faut être conscient que d’autres variables peuvent s’avérer des facteurs importants de la répartition de certaines espèces ou d’habitats particuliers, par exemple la température et la salinité de l’eau, le transport de sédiments, les figures sédimentaires. De plus, les levés peuvent entraîner la mesure de propriétés impossibles à interpréter de manière immédiate quant à des facteurs biologiquement pertinents, telles que la réflectance et la rétrodiffusion acoustiques.
Les variables requises pour la cartographie des habitats dépendent du territoire et des
habitats à cartographier, ainsi que de la finalité de la carte : la cartographie d’un vaste territoire contenant une grande variété de types d’habitat peut exiger un grand nombre de variables, alors que le gradient de pénétration de la lumière et la salinité de l’eau entre autres peuvent être considérés comme constants dans une petite zone et donc ne pas
être nécessaires.
Comme on l’a indiqué plus haut, les données des variables et des couches physiques sélectionnées peuvent devoir subir une transformation avant leur intégration aux données de terrain. Diverses techniques de transformation peuvent être appliquées aux données pour produire des couches physiques prêtes à intégrer aux données sur les habitats.
Le processus de transformation peut être très simple (p. ex. changement de format comme la conversion de données vectorielles en données matricielles ou vice versa) ou faire intervenir des méthodes complexes telles que des calculs et opérations de
classification sur des points (p. ex. calculs de pente à partir de données bathymétriques), techniques géostatistiques avancées pour l’interpolation optimale de la répartition de sédiments).
Enfin, les couches physiques obtenues doivent être combinées selon une stratégie qui les rende le plus pertinentes possible sur le plan biologique.
222 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Exemple d’utilisation de règles d’adéquation d’un milieu en tant qu’habitat afin de transformer et reclassifier des jeux de données en zones biologiquement pertinentes, que l’on combine pour en déduire des classes d’adéquation d’un milieu en tant qu’habitat
4.3.1 - D’où viennent les couches physiques ?
Rappelons que les couches physiques peuvent consister en des données de télédétection
(données acoustiques, images satellitaires, photographies aériennes, lidar, etc.), être indirectement liées par une interprétation de données brutes (en tant qu’intermédiaires représentant certains facteurs physiques) ou être créées à l’aide de modèles déterministes (sédiments, exposition, courants de fond, etc.).
Le tableau ci-après énumère des paramètres qui ont une influence sur la présence et la répartition d’habitats benthiques. Connor (2007) aborde plus en détail la question des jeux de données.
Variables Unités
Ligne de rivage m
(marée astronomique la plus haute)
Bathymétrie (y compris la m, gradient topographie)
Substrat superficiel Mètre supérieur de sédiment
Structure des sédiments (phi, mm)
Base absolue des vagues
Exposition aux vagues et fetch
Lithologie
Discontinuité du potentiel d’oxydoréduction
Mètres sous la surface de la mer
(valeur moyenne sur une période d’au moins un an, de préférence sur les
10 dernières années)
Coefficient d’exposition,
tension de cisaillement
Vélocité orbitale (p. ex. pour les conditions pertinentes de tempête)
Peut dépendre de la durée de vie des organismes pertinents.
Applications
Définition de la frontière entre la terre et la mer
Complexité du littoral, aspect, relief
Topographie, modélisation 3D, pente, relief,
figures sédimentaires
Relation avec la zonation biologique
Identification des sédiments benthiques,
habitats
potentiels, variété des biocénoses
Accumulation de contaminants, zones anoxiques
Évaluation du degré de perturbation du fond, susceptible d’affecter les biocénoses
Identification des habitats potentiels, variété des organismes, perturbations du fond
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 223
Variables Unités
Température (à la
°C surface, au fond, profil)
Moyenne annuelle
Thermocline
Salinité (à la surface, au fond, profil) o
/ oo
Halocline
Vitesse du courant
(tensions de
cisaillement
résiduelle
U .cm/s
(voir plus loin) et maximale)
Stratification
Mélange
Anomalie de l’énergie potentielle, Jm
(voir plus loin) cm, m
3
Étendue spatiale et temporelle
Amplitude des marées et modifications du niveau de la mer
Transparence, atténuation de la lumière
Turbidité
Couvert de glace
(saisonnier, et non glace de fond)
Profondeur de non-visibilité du disque de Secchi (m)
Unité de turbidité
Nombre de jours et étendue de la couverture de glace
Épaisseur (m)
Applications
Zones biogéographiques
Biocénoses
particulières
Stratification
Identification des habitats potentiels, variété des organismes
Identification des habitats potentiels, répartition des sédiments
Stabilité de la colonne d’eau
Rétention des juvéniles
Développement de l’anoxie
Identification des habitats potentiels, zonation, temps d’exposition
Profondeur de la zone photique
Habitats
potentiels (macro-algues, maërls, etc.)
Variété des organismes sessiles
Tendance à l’anoxie dans les bassins peu profonds
Acidification pH des sédiments et de la colonne d’eau
Gaz dissous
Oxygène et méthane
Qualité de l’eau et nutriments mg/l, saturation en pourcentage
Zone anoxique ou durée de la période de baisse de la concentration d’oxygène
Biocénoses
particulières
Enrichissement d’origine humaine
Activités humaines
Occurrence, fréquence ou intensité des éclosions d’algues
Espèces benthiques
Azote inorganique dissous, phosphore inorganique dissous, silicate, u/ml
Multiples
Chlorophylle a
Présence de substances toxiques
Modifications des habitats
Eutrophisation, anoxie possible, impact sélectif possible des substances toxiques
Espèces pélagiques
Mesures de la biocénose benthique (abondance, diversité, etc.)
Biocénose
pélagique
Variété des organismes, diversité benthique; formation possible d’habitats (récifs biogènes ou modification d’habitats); non nécessaire pour la prédiction mais requis pour la validation
Variété des organismes, diversité pélagique; pour la validation du modèle
Exemples de jeux de données qui peuvent servir à la cartographie des habitats (CIEM, 2006)
Certains paramètres sont moins pertinents que d’autres et peuvent être utilisés au cas par cas. Les variables principales demeurent le type de sédiment, la bathymétrie et l’énergie hydrodynamique ; pour la plupart, les variables secondaires résultent de calculs ou d’associations plus ou moins complexes à partir des variables principales.
Selon le milieu, ce ne sont pas les mêmes variables qui sont les plus importantes dans la détermination de l’habitat. En particulier, les substrats rocheux diffèrent sensiblement des substrats sableux, et leur caractérisation requiert un choix de variables différent. Les variables explicatives des substrats rocheux sont très importantes en France, au
Royaume-Uni et en Irlande, alors que les substrats sableux sont prédominants en
Belgique et aux Pays-Bas.
Au risque d’anticiper sur une prochaine sous-section à propos de l’intégration des données de télédétection et des données de terrain, disons que l’utilisation des couches physiques pour produire une carte d’habitats peut prendre la forme d’une interprétation directe, d’une analyse statistique ou d’une modélisation de l’adéquation d’un milieu en
224 4 - Comment réalise-t-on une carte ? tant qu’habitat. L’organigramme ci-après résume ces utilisations des couches physiques, décrites plus en détail à la section 4.4 « Optimisation de la construction de la carte ».
Cet organigramme illustre plusieurs des sources de couches physiques que l’on peut exploiter pour la cartographie des habitats. Il ne prétend pas être exhaustif, mais montre la variété des possibilités à considérer.
Modes de production de cartes d’habitats à partir de données brutes (MAMP : modèle d’adéquation des milieux physiques)
4.3.2 - Transformation de données
Les couches physiques peuvent ne pas être disponibles dans le format voulu pour la modélisation (p. ex. des données vectorielles peuvent devoir être transformées en données matricielles ou vice versa). Il faudra donc probablement transformer certaines données afin de créer les couches physiques nécessaires pour pouvoir cartographier la répartition des habitats.
Le processus de transformation peut être très simple, comme un changement de format, ou faire intervenir des méthodes complexes telles que la reclassification ou même une modélisation sophistiquée (p. ex. pour déduire la répartition de sédiments). Dans ce dernier cas, on peut devoir intégrer les données d’échantillons de sédiments et des données à couverture totale. Diverses techniques de transformation peuvent être appliquées aux données pour produire des couches physiques prêtes à intégrer aux données sur les habitats.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 225
Voici quelques processus de transformation couramment employés :
– conversion de données en un format commun de données matricielles (ou
données maillées) – Le format matriciel (voir le glossaire) est particulièrement bien adapté à de nombreuses formes de manipulations mathématiques et à la modélisation
à partir de plusieurs couches ;
– reclassification et combinaison de données – L’une des manières les plus courantes de manipuler des données matricielles consiste à reclassifier les valeurs d’une variable continue en un ensemble de classes discrètes. On peut ensuite combiner deux ou plusieurs jeux de données reclassifiés en un même tableau à double entrée où chaque combinaison de valeurs des jeux de données d’entrée résulte en une valeur distincte ;
A
C
C
B
C
A
B
A
B
A
A
B
C
C
C
A
A
B
AA
CA
CB
BC
CC
AC
BA
AA
BB
Illustration d’une combinaison de deux jeux de données matricielles
A
C
C
B
C
A
B
A
B
2
1
3
C1
A1
C2
C2
A2
C3
C2
A2
B1
C3
C1
A1
B1
A3
B3
B3
4
A4
B4
C4
Illustration d’une combinaison d’un jeu de données matricielles et d’un jeu de données
vectorielles
– interpolation de données ponctuelles pour constituer des couches complètes
modélisées – De nombreux jeux de données doivent faire l’objet d’interpolations pour produire des couches complètes, puisque les données brutes sont ponctuelles. À titre d’exemple, un échosondeur utilisé pour un levé hydrographique produit un ensemble de données ponctuelles le long du cheminement du navire.
De plus, dans le cas des données sur les sédiments, la méthode d’interpolation joue un rôle crucial pour l’obtention de couches fiables. Le paragraphe 4.3.2.3 « Obtention d’un degré optimal de couverture » aborde les questions de statistiques spatiales et d’interpolation optimale ;
– algorithme à fenêtre mobile – Un algorithme à fenêtre mobile consiste à faire passer une fenêtre (p. ex. un carré d’une largeur et d’une hauteur de 9 pixels, ou toute autre forme) sur une image pixel par pixel, en attribuant au pixel central de la fenêtre une valeur résultant de l’application d’une formule mathématique précise à tous les pixels inclus dans la fenêtre. Les algorithmes les plus simples calculent la moyenne ou le mode de ces pixels et servent à simplifier l’image. Des algorithmes plus complexes donnent des valeurs de variance et d’hétérogénéité, d’autres la pente ou l’aspect (à partir de données bathymétriques). Ces couches dérivées peuvent souvent révéler beaucoup d’information utile sur la couche brute et constituent le point de départ de la détection de structures benthiques et de l’évaluation du paysage marin ;
226 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Mea n
5
2
6
3 3
3.4
4
3
1
Original data
1
3
1
4
2
4
1
6
1
1
6
4
6
6 6
5
5
2
4
1
3
1
3 6
6 6
3 1
5
3
4
3
3
5 3
2 2
2
4
1
2
1
6
3
6
1
4
5
1
2
5
1 1
2 1
2
5
6 4 1
4 3
3 3
5
6
6
5
3
5
5
2
4
5
3
4 2
1 1
2
2
6
6
6
4
1
1
1
3
2 5
3
3
3
4
4
3
5
6
6 x2
5
2
6
3 3
4 3
4 1
Mode
5
2
6
3 3
3
4
3
1
1
3
1
4
2
6
1
4 4
1 6
6
1
6
6
5
5
2
4
1
3
6
3
3
1
4
3
5 3 3
2 2
6
6 6
3
2
4
1
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10 6 3
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6
5 calculated data
Illustration d’un algorithme à fenêtre mobile
– analyse « à l’œil » par des experts – Utilisé de manière systématique par des personnes expérimentées, l’examen « à l’œil » peut donner une interprétation très sophistiquée d’une image complexe ;
– classification non supervisée et reconnaissance de formes par ordinateur – Des données peuvent être soumises à des techniques assistées par ordinateur de détection de groupements « naturels » de valeurs. Ces techniques sont dites « non supervisées » si le logiciel peut segmenter les données sans égard aux données de terrain. Ces techniques sont souvent employées pour guider l’échantillonnage, et aussi pour établir la correspondance entre des données de terrain et des subdivisions
« naturelles » dans les données de télédétection ;
– classification supervisée – Ce processus est abordé plus en détail à la section 4.4
« Optimisation de la construction de la carte », comme outil important d’intégration des données de terrain et des images obtenues par télédétection. On le mentionne toutefois ici, car ce même outil peut servir à produire des couches physiques des types de sédiment, à partir desquelles seront créés des modèles d’adéquation des milieux physiques (MAMP). La classification supervisée permet de détecter dans les données de terrain des signatures que l’on applique ensuite aux couches physiques pour prédire les classes de sédiment ;
4.3.2.1 - Analyse des données de télédétection par des experts
Lorsque l’on a recours à la télédétection pour dresser une carte physique d’un territoire, l’interprétation de cette carte pour la classification des substrats et quant aux figures
sédimentaires doit être validée à l’aide de techniques d’observation ou d’échantillonnage, sans quoi le rendu cartographique risque d’être moins fiable.
Idéalement, chacun des polygones cartographiés devrait être échantillonné pendant la campagne de terrain, mais cela est souvent impossible en pratique. Plus probablement, c’est chaque type de substrat que l’on échantillonne en faisant appel à une variété de techniques. Il faut ensuite utiliser les données ou l’information des échantillons pour valider l’ébauche de carte physique. Si certaines classes provisoires s’avèrent erronées, il faut les modifier en conséquence.
Si les sédiments meubles prédominent, une analyse géophysique complète est le moyen le plus sûr de valider les classes de sédiment. Cela peut comprendre une analyse granulométrique et des tests des propriétés géotechniques des sédiments (pénétrométrie,
tensions de cisaillement, etc.). Si de telles analyses ne peuvent être obtenues, on peut avoir une certaine confiance en des descriptions résultant d’une inspection directe des
échantillons, par exemple en faisant un levé à pied d’une plage ou en examinant des sédiments prélevés à la benne ou par carottage. À défaut de cela, la validation peut devoir reposer sur les résultats d’observations à distance, à l’aide de photographies ou de bandes vidéo du fond de la mer.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 227
Si les sédiments durs prédominent (affleurements rocheux, blocs, gros cailloutis), la validation repose en grande partie sur des techniques d’observation. Sur place, le moyen le plus fiable est l’observation humaine directe par des levés à pied du littoral ou en plongée dans des zones de petit fond. En eau profonde, l’observation peut être limitée à l’utilisation de techniques photographiques ou vidéo, qui risquent d’être moins fiables en raison d’un champ de vision restreint. En l’absence d’observations, on peut faire une certaine validation sur des échantillons prélevés à la drague ou avec de très grosses bennes.
Une ébauche de carte physique peut inclure une certaine interprétation des figures
sédimentaires telles que des rides de sable ou des dunes hydrauliques. Dans bien des cas, les techniques de télédétection constituent le meilleur moyen de reconnaître ces
figures sédimentaires, et les possibilités de validation sont extrêmement limitées. Dans ce cas, il peut être approprié de procéder à une validation croisée, en comparant les résultats de deux techniques de télédétection (p. ex. l’échosondeur multifaisceaux et le sonar à balayage latéral) pour voir si elles détectent la même figure sédimentaire. Les techniques de prélèvement permettent rarement de valider l’interprétation de figures
sédimentaires, car les échantillons sont prélevés à une échelle beaucoup trop petite (un prélèvement à la benne ne porte que sur une surface de 0,1 m
2
, alors que des formations sableuses peuvent avoir une longueur d’onde de plusieurs mètres). Les techniques d’observation (caméras et plongeurs) constituent probablement la méthode de terrain la plus sûre de validation des figures sédimentaires en domaine subtidal, mais elles risquent de n’être efficaces que pour des figures sédimentaires de l’ordre du mètre plutôt que du décimètre (en raison de la visibilité restreinte).
Le processus de validation doit également comprendre la vérification des frontières entre types de sédiments ou des limites des figures sédimentaires observés par télédétection.
La détermination de telles frontières est probablement la partie la plus critique de la
cartographie des habitats ; leur emplacement et leurs caractéristiques jouent un rôle important dans la fiabilité générale d’une carte. Les frontières sont-elles au bon endroit ?
Représentent-elles des changements nets ou graduels de type de sédiment ? Là encore, la validation croisée des résultats de deux ou plusieurs techniques de télédétection peut
être utile. On peut aussi faire appel à l’observation directe ou à des cheminements vidéo.
Sur le littoral, on peut utiliser un GPS portatif pour suivre en détail le tracé de frontières entre types d’habitat.
Exemples d’interprétation de sédiments, de figures sédimentaires et de frontières à partir des images fournies par un sonar à balayage latéral. L’interprétation doit être validée à l’aide de données d’une campagne de terrain.
228 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
4.3.2.2 - Transformation d’images de rétrodiffusion acoustique
La transformation d’images de rétrodiffusion acoustique en cartes utilisables pour la
cartographie des habitats est un processus plus ou moins complexe selon le cas. Les images sont surtout interprétées quant à la réflectivité, à la texture et aux motifs présents, et cela peut se faire d’une façon plus ou moins objective.
Il faut savoir que la rétrodiffusion est déterminée, en ordre décroissant d’importance, par
(Blondel et Murton, 1997) :
1. la géométrie du système capteur–cible (angle d’incidence de chaque faisceau, pente du terrain, etc.) ;
2. les caractéristiques physiques de la surface (rugosité fine, etc.) ;
3. la nature intrinsèque de la surface (composition, densité, importance relative de la diffusion ou de la dispersion volumique ou superficielle à la fréquence choisie).
De plus, la qualité des images de rétrodiffusion varie selon les différentes fréquences acoustiques et leur limite de résolution. Elle peut aussi varier d’un endroit à l’autre et selon les conditions biogéographiques.
L’interprétation de la nature et de la répartition des sédiments demeure difficile et exige des sonogrammes de bonne qualité. Les principaux paramètres de la réponse acoustique des sédiments marins sont, par ordre d’importance :
1. la porosité ;
2. la densité ;
4. le degré et le type de lithification ;
5. la taille et la répartition des grains.
Il est fort probable que l’on arrive à distinguer les terrains durs et les terrains mous, mais au-delà de ça, une campagne de terrain approfondie peut être nécessaire. Lorsque la présence d’espèces ou de biocénoses macrobenthiques est fortement corrélée avec la nature des sédiments, on peut tenter d’interpréter dans un premier temps les sonogrammes quant à la nature des sédiments, puis de faire le lien avec l’aspect biologique (interprétation indirecte). Dans ce cas, il faut absolument faire d’abord une estimation des variations de porosité et de densité. De ce point de vue, les zones fortement travaillées telles que le sommet des bancs de sable, peuvent avoir une faible rétrodiffusion, même si les grains sont souvent plus grossiers que dans le voisinage. De plus, les sédiments même faiblement enrichis de silt ou d’argile sont plus compacts et leur rétrodiffusion est plus forte. Voir le schéma d’interprétation qui suit.
Schéma d’interprétation d’habitats de substrats meubles (Van Lancker
et al.
, 2001)
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 229
Image de sonar à balayage latéral et bathymétrie correspondante de bancs de sable et d’une cuvette en zone de petit fond près du littoral belge. Le long du banc de sable Trapegeer, la rétrodiffusion acoustique est relativement faible, ce qui correspond à des sables moyens. Dans la cuvette, le faciès de grande réflectivité correspond à des sables fins avec une certaine proportion de silt ou d’argile. Au pied du banc de sable Broersbank, le faciès inégal est lié à la présence du Polychète tubicole Lanice
conchilega
. Le faciès de grande réflectivité du banc de sable Broersbank est dû à la présence de rides
à grains grossiers.
Aujourd’hui, on arrive à construire un modèle à couverture totale de la nature des sédiments à partir des variations de la rétrodiffusion acoustique de sondeurs multifaisceaux. À titre d’exemple, Ferrini et Flood (2006) ont étudié la relation entre l’intensité de rétrodiffusion (avec un système multifaisceaux à 300 kHz), la répartition de la taille des grains et la rugosité du fond d’un site sableux, en faisant une analyse des composantes principales et une régression multiple. On a pu établir une corrélation entre la rugosité, la taille des grains et l’intensité de rétrodiffusion, mais l’importance relative des facteurs variait, et ce même si les levés étaient limités aux sites sableux. Les principales variables contribuant à la variation de la rétrodiffusion étaient la taille moyenne des grains, l’écart type de la taille des grains et les variations d’altitude au-dessus du fond, déduites d’une carte de la rugosité à petite échelle. La carte de rugosité est cruciale, et exige des sondages multifaisceaux et une campagne de terrain d’un haut niveau de qualité. Pour des sites plus graveleux, le pourcentage de gravier et le pourcentage de coquillages ont des effets importants sur l’intensité de rétrodiffusion.
Un aperçu des stratégies et processus de cartographie acoustique du fond de la mer est donné par un document sur la cartographie des habitats benthiques en zone côtière de petit fond .
230 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
4.3.2.3 - Obtention d’un degré optimal de couverture
Interpolation de données ponctuelles
Lorsque l’on utilise des données quantitatives, la densité des points d’échantillonnage doit
être suffisante pour que la couverture soit adéquate. Il existe différentes techniques d’interpolation, qu’il faut comparer. Il est nécessaire de faire une bonne exploration des données à l’aide d’un histogramme, d’une distribution des fréquences et de certaines statistiques descriptives, afin de bien connaître les données et d’avoir une idée de leur qualité.
Une méthode géostatistique appelée krigeage consiste en une technique d’interpolation qui tient compte de la corrélation spatiale entre des points d’observation voisins pour prédire des valeurs en des points non échantillonnés (Goovaerts, 1999). Cette méthode donne une indication des erreurs et incertitudes liées aux valeurs calculées par
interpolation, en fonction de la variance des valeurs estimées (Burrough et McDonnell,
1998).
Lorsque la densité des points d’échantillonnage est faible, les méthodes géostatistiques ont l’avantage d’améliorer grandement l’interpolation. La validation à l’aide de données indépendantes permet de savoir où il faut un échantillonnage supplémentaire et où la
carte est de moins bonne qualité.
Dans certains cas, lorsque les données d’échantillonnage sont en corrélation avec d’autres données de couches physiques, il est possible de recourir à des méthodes géostatistiques à variables multiples. Prenons l’exemple de la corrélation entre la taille des grains et la bathymétrie. Dans les substrats meubles et les zones à forte énergie hydrodynamique, la bathymétrie influence la répartition des sédiments. En particulier, dans le cas des bancs de sable et des cuvettes, la répartition des sédiments varie considérablement selon l’entité morphologique. Verfaillie et al. (2006) ont démontré la puissance de cette technique et l’ont utilisée pour obtenir une carte à couverture totale donnant la taille médiane des grains de la partie sableuse de toute la portion belge de la mer du Nord ( UGent_Multivariate_geostatistics.pdf
). Son application a été étendue à la production de cartes de la partie sud de la mer du Nord, comprenant le plateau continental belge, la partie sud du plateau continental des Pays-Bas et une petite partie des eaux situées au sud-est du Royaume-Uni. La même technique a été employée pour l’interpolation des fractions sédimentaires de la totalité du plateau continental des Pays-
Bas (voir le fichier Dummy_file_WE_TNO_interpolation_fractions.doc
)
Déduction de paramètres liés à la bathymétrie et biologiquement pertinents
Un bon jeu de données bathymétriques est essentiel à tout programme de cartographie des habitats. Le plus souvent, la profondeur elle-même n’est pas déterminante, mais des paramètres dérivés tels que la pente, l’aspect et les caractéristiques topographiques sont souvent plus importants pour expliquer la variabilité des habitats. Lorsque des données bathymétriques ponctuelles sont transformées par interpolation en modèles numériques de terrain (MNT), on peut calculer un ensemble de dérivées mathématiques en tout point.
Pente et aspect
La pente et l’aspect sont deux dérivées premières d’une surface bathymétrique. La pente est définie par un plan tangent à la surface du MNT en un point quelconque. Elle comprend deux composantes, à savoir le gradient, c’est-à-dire le taux maximal de changement d’altitude, et l’aspect, c’est-à-dire la direction de compas de ce taux maximal
(définitions adaptées de Evans, 1980 et de Burrough et al., 1999). La pente surtout est utilisée dans le contexte de la cartographie des habitats. Elle peut par exemple être associée à un plus grand nombre d’espèces, peut-être à cause de la plus grande disponibilité de nourriture.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 231
Indice de position bathymétrique
L’ indice de position bathymétrique est une dérivée seconde de la surface. Il permet de calculer où se situe un lieu d’une altitude donnée par rapport à l’ensemble du paysage, et d’en déduire une carte donnant des caractéristiques géomorphologiques telles que pentes, dépressions, lignes de crête et zones plates.
De plus, on peut faire une estimation automatisée de la hauteur des rides de sable
( Dummy_file_WE_TNO_Sand wave height map_DCS.doc
). Cette méthode fonctionne bien pour des rides de sable seules, mais elle devient imprécise lorsque les rides se superposent à des bancs de sable.
L’indice de position bathymétrique peut être remplacé par la reconnaissance des caractéristiques topographiques à partir d’images bathymétriques.
D’autre part, dans un SIG, les outils suivants peuvent aider à tirer davantage d’information
à partir des données : dégradés de terrain ; estompage (ombres portées) ; courbes de niveau ; hauteur au-dessus du seuil ; combinaisons de ces outils.
Toutes ces techniques sont applicables aux données bathymétriques fournies par des moyens acoustiques ou optiques de télédétection. On trouve également des applications qui font appel au lidar hydrographique ( WE_Ifremer_lidar.pdf
).
4.3.3 - Combinaison de données
L’une des approches les plus intéressantes de la combinaison de données de couches physiques pour la cartographie des habitats est le concept de paysage marin décrit par
Roff et Taylor (2000). Cette approche permet de cartographier des habitats uniquement à partir de caractéristiques géophysiques, mais en ayant à l’esprit que celles-ci jouent un rôle important dans la détermination de la nature des biocénoses. Dans cette approche, les données biologiques ne sont utilisées que de manière passive pour valider les résultats finaux. Ce concept annonce aussi la prise de conscience du fait que la protection
à l’échelle des espaces ou des paysages pourrait être plus valable que la seule protection d’espèces précises. Le concept d’espace exige une démarche descendante (Laffoley et
al., 2000), soit exactement ce qui est proposé dans l’article de Roff et Taylor (2000).
La combinaison de données peut se faire simplement par des techniques de cartographie et de SIG, de préférence à partir de données transformées comme on l’a décrit précédemment. Le résultat final peut toutefois dépendre fortement :
1. De la qualité des jeux de données sous-jacents ;
2. De l’exhaustivité des jeux de données ;
5. De l’utilisation de polygones vectoriels, de données matricielles ou de grilles
vectorielles ;
6. Des valeurs seuils utilisées pour la classification dans chaque couche de données ;
7. Du recours à une classification supervisée ou non supervisée ;
8. Des types d’interrogations effectuées (diverses combinaisons de jeux de données, modifications de critères pratiques tels que seuils variables de classes, etc.).
9. D’autre part, l’utilisation plus ou moins grande de données biologiques peut avoir une grande influence sur le résultat final.
L’organigramme ci-dessous vise à montrer comment on peut combiner les principaux paramètres afin de produire des résultats significatifs pour la cartographie des habitats. La partie supérieure montre les variables primaires, dont la combinaison produit des variables secondaires. La couleur rouge met en évidence le rôle multiple de la profondeur.
La profondeur peut jouer un rôle direct dans les calculs de propagation des vagues ou les
232 4 - Comment réalise-t-on une carte ? calculs de courants. Elle peut aussi déterminer les tensions de cisaillement résultant de l’exposition de la surface du fond. Autrement, elle intervient surtout par le truchement de ses dérivées (pente, aspect, topographie). Dans l’approche des paysages marins, la profondeur peut également être combinée avec la pénétration des vagues et de la lumière pour produire des « zones biologiques de profondeur », à savoir les zones infralittorale et circalittorale. Noter que cet organigramme n’est qu’un exemple de la manière dont on peut combiner des couches de données. Les combinaisons possibles diffèrent selon la finalité de la carte, le territoire et le type de substrat.
Combinaison de données environnementales en vue d’une modélisation des habitats. Selon la
résolution
des couches de données, le résultat peut être un paysage marin, un modèle aux niveaux 3 et
4 de la typologie E
UNIS
, ou un modèle centré sur des habitats prioritaires.
Cartographie de paysages marins
Les méthodes de réalisation d’une carte de paysages marins sont bien définies (Roff et
Taylor, 2000 ; Golding et al., 2004 ; Connor et al., 2006). Elles comportent les étapes suivantes, fondées en grande partie sur l’utilisation de SIG : définition d’un ensemble de
couches de données environnementales qui caractérisent le fond ; traitement des
couches de données en vue de leur analyse ; détermination des seuils significatifs au moyen de la classification ; production des unités de paysage marin par des sommaires et interrogations des divers jeux de données ; validation des résultats sur le plan écologique.
1. Les paramètres environnementaux, qui sont de préférence stables par nature, doivent jouer le rôle d’indicateurs des types d’habitat en fonction de fourchettes de valeurs. De nombreuses caractéristiques abiotiques sont pertinentes du point de vue des habitats, mais elles n’ont pas toutes la même importance. Les couches de données choisies peuvent varier d’une région à l’autre, car certains jeux de données ont trop peu de variation pour permettre de distinguer des types d’habitat.
2. Au cours du traitement des données choisies, il faut décider du type de données à utiliser dans tout le processus. Il revient à l’utilisateur de choisir entre données
vectorielles, données matricielles ou grilles vectorielles.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 233
3. Certains jeux de données se présentent sous forme de continuums non classifiés, alors que d’autres ont déjà subi une classification. Les modalités de classification ont une influence majeure sur le résultat final. Un grand nombre de classes peut refléter la complexité de l’environnement, mais un nombre excessif de classes complique le traitement des données sans pour autant permettre de bien définir les paysages marins. Un petit nombre de classes pertinentes est le plus susceptible de donner des types d’habitat significatifs. À l’heure actuelle, il n’y a aucune technique de classification communément admise, et les connaissances des scientifiques intervenant dans le processus jouent donc un rôle important.
4. Une fois classifiés et complétés par les métadonnées et attributs requis, les jeux de données sont ensuite combinés selon des techniques qui dépendent du type de données choisi. Le processus d’interrogation peut se dérouler dans un SIG ou
MS Access. Dans la couche de données ou la base de données composite qui en résulte, on peut élaborer des critères pratiques qui aideront à distinguer les types de paysage marin. Les principaux critères d’interrogation dépendent des jeux de profondeur photique, ...). L’analyse des jeux de données peut produire de nombreuses combinaisons différentes, qui se traduiront le cas échéant par des types différents de paysage marin.
5. Dans une dernière étape, il faut évaluer les paysages marins du point de vue de leur pertinence écologique. Cela est faisable au moyen d’une simple comparaison des paysages marins et de bases de données biologiques. Cependant, certains
habitats risquent d’être sur ou sous-représentés dans les échantillons, et une
évaluation objective est alors difficile à obtenir. Idéalement, les résultats devraient
être validés au regard des données de la campagne de terrain.
Pour une description détaillée des processus de cartographie des paysages marins, voir
Connor et al., (2006).
4.4 - Optimisation de la construction de la carte
La troisième étape de la production d’une carte d’habitats met l’accent sur l’intégration et la modélisation de données. Diverses stratégies peuvent être nécessaires pour intégrer les données de terrain et les couches physiques. L’objectif est de produire une couche
cartographique donnant la répartition des classes d’habitat. Comme pour les autres
étapes, les méthodes d’intégration des données biologiques de terrain et des couches physiques sont plus ou moins simples ou complexes selon le cas.
¾
Mise en correspondance des classes d’habitat biologiques et des couches physiques auxquelles elles sont superposées, puis regroupement des correspondances semblables. La construction d’un tableau à double entrée est la technique la plus couramment employée. Certains problèmes risquent de se poser, en grande partie liés à la répartition des points d’échantillonnage, qui est souvent biaisée en faveur d’habitats particuliers.
¾ Interprétation directe des habitats représentés par les images de sonar à balayage latéral, les images de rétrodiffusion acoustique, les modèles bathymétriques, ainsi que les photographies aériennes et satellitaires, en faisant appel aux connaissances et au jugement d’experts. Sur le littoral, il peut s’agir d’une interprétation directe sur le terrain de photographies aériennes, en marchant sur le rivage ou à l’aide de caméras sous-marines. Le catalogue M
ESH
des signatures d’habitat donne un aperçu des signatures connues de certains habitats.
L’utilisation de signatures peut être relativement fructueuse pour des territoires simples ou peu étendus, mais un grand territoire est plus susceptible de donner lieu à
234 4 - Comment réalise-t-on une carte ? des confusions quant à la répartition des biotes sur des structures similaires.
Certaines images pourraient devoir subir une reclassification après l’intégration aux données de terrain.
Schéma d’une approche de cartographie directe
¾ Modélisation statistique des habitats. La plupart des techniques statistiques disponibles se répartissent en sept catégories (Guisan et Zimmermann, 2000) : régression multiple et ses formes généralisées, techniques de classification, enveloppes environnementales, techniques d’ordination, méthodes bayésiennes, réseaux neuronaux, autres méthodes, y compris des méthodes mixtes. Le choix des méthodes dépend surtout de l’étendue et de la qualité des données. Des logiciels spécialisés et des compétences techniques de haut niveau peuvent être nécessaires.
4.4.1 - Correspondance entre classes d’habitat biologiques et couches physiques
Le principe de la mise en correspondance des classes d’habitat biologique et des
couches physiques à l’aide d’un tableau à double entrée est simple.
Données biologiques
Construction d’un tableau
à double entrée
Résultat
Données physiques
1
2
4
3
1
2
3
3
5
2
4 2
4
0
1
2
4
2
6
3
Construction d’un tableau à double entrée de données biologiques et physiques
Les données biologiques sont réparties en catégories selon l’endroit où elles se situent sur la carte de la couche physique. Après un classement des données par ordre de fréquence, les catégories de la couche physique sont mises en correspondance avec l’habitat biologique dominant. Cette technique pose toutefois un certain nombre de problèmes :
– souvent, certains habitats sont échantillonnés plus fréquemment que d’autres (p. ex. les plongeurs échantillonnent les habitats rocheux davantage que les habitats sableux), et les fréquences peuvent devoir être corrigées ;
– avec l’augmentation du nombre de catégories des couches physiques dans le tableau
à double entrée, les fréquences dans chaque catégorie diminuent – le cas échéant jusqu’au point où elles n’ont pas beaucoup de signification. Cela est particulièrement vrai dans le cas des catégories éloignées (au large des côtes, zones de grand fond) ;
– La carte montre toujours l’habitat dominant, avec pour conséquence que les habitats rares mais importants n’y figurent jamais. C’est notamment le cas des cartes à faible
résolution (p. ex. 250 m par pixel), où les habitats sont fondus sur le plan spatial.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 235
Cette technique convient donc davantage à la construction de cartes indicatives à échelle très globale, où l’on peut se contenter d’une approche rudimentaire (p. ex. cartes de paysages marins).
4.4.2 - Cartographie directe
4.4.2.1 Interprétation directe et reclassification d’images
En zone intertidale, l’interprète peut aller sur le terrain pour observer directement les faciès et les comparer à leur aspect sur les images obtenues. Il se fait ainsi facilement une idée de la « signature » des caractéristiques observées. (Noter que dans ce contexte, une signature indique une relation entre les caractéristiques d’habitat observées directement et les structures des couches physiques. Dans le cas d’une classification
supervisée, le terme signature a une signification statistique plus rigoureuse.) En général, les données sur ces signatures sont plutôt abondantes, car les campagnes de terrain en zone intertidale ne font pas l’objet de trop de contraintes et permettent d’obtenir des signatures fines avec un haut degré de qualité. En zone subtidale, l’observation directe pose davantage de difficultés, et il est moins facile d’obtenir des signatures fiables.
Il est possible d’interpréter directement des images de sonar à balayage latéral quant aux caractéristiques physiques des habitats (sédiments, figures sédimentaires, topographie) avec un minimum d’observation directe, puis de les réinterpréter en sachant quelles
biocénoses sont hébergées. Par exemple, des images de sonar à balayage latéral peuvent avoir été interprétées avant leur intégration quant aux figures sédimentaires et aux types de sédiment, et nécessiter une reclassification. Les correspondances entre données de terrain biologiques et couches physiques peuvent être établies par observation directe. On suppose ensuite que des structures semblables hébergent les mêmes biotes. Si l’on incorpore d’autres couches, par exemple les courbes de niveau et la pente, on peut alors subdiviser les substrats par zone de profondeur, etc., ce qui impose des contraintes supplémentaires aux liens entre structures physiques et biotes, et donc améliore la carte finale. Cela peut fonctionner relativement bien pour des territoires simples ou peu étendus, mais un grand territoire est plus susceptible de donner lieu à des confusions quant à la répartition des biotes sur des modèles similaires de rétrodiffusion.
L’interprétation d’images de télédétection d’habitats benthiques consiste à établir des correspondances entre d’une part l’expression des types de structure sur les images, et d’autre part la réalité sur le terrain, autrement dit de rechercher les signatures des faciès ou des habitats.
Les signatures peuvent varier pour un faciès ou un type de terrain donné. Elles dépendent de facteurs naturels qui les rendent différentes pour l’observateur même si elles correspondent clairement à une classe précise. De subtiles nuances de couleur dans la composition d’un faciès peuvent modifier considérablement leur aspect à la télédétection.
Par exemple, la présence d’une microflore recouvrant un sable vaseux peut modifier son aspect sur une photographie aérienne. Les cartographes mettent à profit leurs connaissances et leur expérience pour tenir compte de cette variabilité.
Un exemple de ce phénomène est celui de la baie de Concarneau, en France, où l’on a observé une texture « de peau d’orange » formée de petits cratères, faciès spectaculaire jamais mis en évidence dans les études antérieures de cette baie. Ce genre de figure
sédimentaire se voit généralement à de plus grandes profondeurs, mais est très inhabituel ici. Les nombreux échantillons prélevés de ce faciès étaient formés d’une vase compacte avec en surface des communautés très concentrées de Haploops.
236 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Photographie montrant un cratère de petite taille (« pockmark »)
Image de sonar à balayage latéral de zones de texture de peau d’orange dans la baie de Concarneau. La
classe
E
UNIS
est « vase sableuse ». La description est
« faciès gris clair avec des cratères ».
Ces signatures sont ensuite utilisables dans une classification automatisée ou une
interprétation manuelle directe, selon la méthode choisie par l’interprète. La qualité de l’interprétation est en relation directe avec la qualité de ces signatures.
4.4.2.2 - Catalogue de signatures d'habitat
Le manque de signatures obtenues directement lors d’une campagne de terrain peut être compensé dans une certaine mesure par le recours à des « signatures antérieures » recueillies par d’autres opérateurs de terrain. L’équipe du projet M
ESH
a reconnu que les nombreux exemples recueillis par ses partenaires ont une valeur qui va au-delà du projet lui-même, et qu’ils méritent d’être compilés et mis à la disposition de la collectivité. La valeur d’un tel catalogue est d’autant plus grande qu’il reflète une diversité de techniques, de conditions d’acquisition et de lieux géographiques. Ce n’est qu’en examinant un grand nombre de cas qu’un interprète est susceptible de trouver une signature identique à celle qu’il étudie et pouvant l’aider dans son interprétation. Lorsque l’on met sur pied un catalogue, il est donc conseillé de ne pas limiter le nombre d’occurrences. De plus, il faut consigner avec soin les métadonnées des signatures, afin que les utilisateurs soient bien informés des conditions dans lesquelles elles ont été recueillies.
Le catalogue M
ESH
des signatures d’habitat
Au départ, un certain nombre d’habitats (voir le tableau) ont été identifiés par les partenaires du projet M
ESH
. Seuls les habitats ayant une signature manifeste à la télédétection ont été retenus. Ces habitats appartiennent à divers niveaux de la typologie
E
UNIS
: en général, il s’agit de niveaux élevés de la hiérarchie, puisque ce sont des facteurs abiotiques qui déterminent les signatures. Par exemple, un milieu de « sable fin » englobe de nombreux types d’habitat de niveau inférieur dans la typologie. Par contre, certaines signatures correspondent à des habitats de niveau inférieur, où l’endofaune
(sédiments meubles) ou la flore (substrats rocheux) ont une forte influence sur l’aspect extérieur de l’habitat.
Il a fallu d’abord décrire formellement tous les habitats au moyen d’un résumé et de motsclés. Voir plus loin l’exemple des bancs de moules. Vient ensuite pour chaque habitat une liste de blocs d’occurrences de cet habitat. Chaque bloc contient toutes les signatures
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 237 recueillies à l’aide de diverses techniques de télédétection en un lieu donné. Voir l’exemple des Abers, en Bretagne, où l’on voit des images d’herbiers de phanérogames marines acquises par photographie aérienne, sonar à balayage latéral, lidar hydrographique et photographies sur le terrain. Chaque signature contient également des
métadonnées qui décrivent dans quelles conditions elle a été recueillie.
L’emplacement géographique de chaque bloc figure en mortaise. Le catalogue est en outre relié dynamiquement au SIG webGIS de M
ESH
, de telle sorte qu’à tout moment, un utilisateur qui consulte une carte d’habitats peut voir instantanément une signature recueillie dans le même secteur. Le catalogue M
ESH
des signatures d’habitat est accessible en ligne.
Ce catalogue est conçu comme un outil évolutif et tout utilisateur devrait être un contributeur. D’autres signatures sont les bienvenues, à condition qu’elles illustrent divers aspects des habitats. Un manuel d’instructions explique comment alimenter ou consulter le catalogue.
Habitats
énumérés dans le catalogue M
ESH
des signatures d’habitat
Exemple de description d’habitat (banc de moules)
238 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Trois signatures d’herbiers de phanérogames marines en zone de petit fond, obtenues par photographie aérienne, lidar et sonar à balayage latéral, et trois photographies prises sur le terrain
(Les Abers, Bretagne)
4.4.3 - Modélisation statistique
De nombreuses techniques statistiques permettent de modéliser des habitats. Guisan et
Zimmermann (2000) donnent un excellent aperçu des techniques statistiques de modélisation servant à prédire une répartition d’habitats. La plupart des techniques statistiques disponibles se répartissent en sept catégories : régression multiple et ses formes généralisées, techniques de classification, enveloppes environnementales, techniques d’ordination, méthodes bayésiennes, réseaux neuronaux, autres méthodes, y compris des méthodes mixtes. On trouve également un bon aperçu des techniques statistiques dans le contexte de la modélisation des habitats.
Dans certains cas, ces techniques permettent d’élaborer des modèles d’adéquation des milieux physiques (MAMP) dont le but principal est de définir de manière quantitative la niche écologique d’une espèce. Un MAMP permet d’affecter à chaque lieu une probabilité d’occurrence d’un habitat, en fonction des variables environnementales locales. De plus, un tel modèle peut servir à construire des cartes à couverture totale de répartition des espèces.
Pour produire ces cartes, on introduit dans le modèle des cartes à couverture totale pour chaque variable environnementale. Le modèle prédit la probabilité d’occurrence des espèces pour chaque pixel. De plus, la modélisation permet d’évaluer la niche écologique d’une espèce d’une manière plus quantitative et donne une probabilité d’occurrence pour chaque combinaison de variables.
Les principales approches statistiques de la modélisation se répartissent en sept catégories :
1. Régression généralisée
Les techniques de régression consistent à relier une variable dépendante à un ou plusieurs prédicteurs environnementaux ou variables explicatives. La régression classique par la méthode des moindres carrés n’est valable que lorsque la variable dépendante a une distribution normale. Les modèles linéaires généralisés permettent de traiter divers types de distribution, notamment gaussienne, binomiale, Gamma ou de Poisson. Une régression par la méthode des moindres carrés peut prédire des valeurs impossibles
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 239 telles que des valeurs négatives ou des probabilités supérieures à 100 %, alors que toutes les prédictions données par les modèles linéaires généralisés se situent dans les limites des valeurs observées (p. ex. probabilité d’occurrence d’une espèce comprise entre 0 et 1). Trois documents donnent des exemples d’utilisation de techniques de régression pour la modélisation d’habitats :.
WE_Ifremer_predictive_modelling_seaweeds.pdf
Habitat_suitability_modelling_M
ESH
Maerl regression.pdf
2. Techniques de classification
La classification regroupe un grand nombre de techniques, qui visent à affecter une certaine classe de la variable dépendante à chaque combinaison des variables prédictives environnementales. Parmi ces techniques, mentionnons les arbres de
classification et de régression, la classification à base de règles et la classification par maximum de vraisemblance.
Déduction de signatures statistiques à partir d’échantillons
Dans le domaine de la classification d’images (p. ex. images satellitaires), on utilise souvent la classification supervisée ou non supervisée. Dans le cas de la classification
supervisée, le logiciel délimite certaines classes à partir de données statistiquement
(Eastman, 1999). La forme la plus répandue de classification supervisée est la
classification par maximum de vraisemblance (voir par exemple le fichier ENV CS05
Maximum Likelihood Classification of AGDS Data.pdf
).
On peut appliquer la classification supervisée directement sur les données biologiques de terrain, sans passer par une interprétation du type de sédiment. D’une certaine manière, l’intégration des couches physiques et des biotes se fait en une seule étape. Cela fonctionne bien pour de petits territoires, mais le risque de confusion des signatures entre différents habitats augmente avec l’étendue du territoire. Par contre, on peut raffiner la
classification supervisée en restreignant la répartition prédite des habitats par l’utilisation d’images existantes de probabilités, fondées sur ce que l’on connaît des tendances générales de la répartition des habitats (voir par exemple le fichier ENV CS09 Prior
Probability Classification.pdf
).
La classification non supervisée fait appel à un logiciel de groupement pour classifier une image sans recourir à des sites d’apprentissage. La segmentation est une forme de
classification non supervisée qui consiste à regrouper en segments des pixels adjacents
240 4 - Comment réalise-t-on une carte ? qui ont des valeurs semblables. On peut faire appel à cette technique au cours des levés pour obtenir une interprétation rapide des données de télédétection, mais on l’utilise rarement pour l’analyse finale des données.
3. Enveloppes environnementales
L’enveloppe environnementale d’une espèce est définie comme l’ensemble des milieux dans lesquels on croit que cette espèce peut persister parce que ses besoins environnementaux y sont satisfaits (Walker et Cocks, 1991). De nombreux modèles à
grande échelle de végétation ou d’espèces sont fondés sur des techniques d’enveloppe environnementale.
4. Techniques d’ordination
Le terme ordination a été introduit par Goodall (1954) pour désigner des méthodes qui organisent des échantillons ou des espèces selon un ordre multidimensionnel.
Un exemple bien connu de technique d’ordination est celui de l’analyse des composantes principales (ACP). Il s’agit d’une technique linéaire de diminution du nombre de dimensions, qui consiste à identifier les directions orthogonales de variance maximale dans les données originales et à projeter ces données dans un espace comportant moins de dimensions, défini par les variables qui présentent la plus grande variance (Bishop,
1995).
La plupart des modèles d’habitats qui prédisent la répartition d’espèces ou de biocénoses à l’aide de techniques d’ordination sont fondés sur l’analyse canonique des correspondances
(ACC). Dans cette analyse directe des gradients, les principaux axes d’ordination sont forcément une combinaison linéaire de descripteurs environnementaux (ter Braak, 1988).
5. Méthodes bayésiennes
Les modèles fondés sur les statistiques bayésiennes combinent les probabilités a priori d’observer des espèces ou des biocénoses avec leurs probabilités d’occurrence selon la valeur de chaque prédicteur environnemental (Guisan et Zimmermann, 2000).
6. Réseaux neuronaux
Les réseaux neuronaux (artificiels) sont des techniques analytiques qui reposent sur les processus supposés d’apprentissage du système cognitif et sur les fonctions neurologiques du cerveau. Ils permettent de prédire de nouvelles observations (des mêmes variables ou d’autres variables) après l’exécution d’un processus d’apprentissage
à partir de données existantes (voir une définition des réseaux neuronaux ). Les réseaux neuronaux ne sont pas souvent utilisés pour modéliser la répartition d’habitats, mais on en trouve un exemple dans le fichier ci-dessous.
7. Autres méthodes
Parmi les autres méthodes, mentionnons des modèles simples inclus dans des SIG, par exemple la superposition de variables environnementales et de données sur la présence ou l’absence d’espèces.
Une autre de ces méthodes est l’analyse discriminante, qui sert à déterminer les variables permettant de distinguer deux ou plusieurs groupes naturels. On l’utilise pour la vérification d’hypothèses ou comme méthode exploratoire (voir une définition de l'analyse discriminante ). Un exemple d’utilisation de l’analyse discriminante est donné dans le fichier
WE_UGent_Habitatsuitability_E
UNIS
.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 241
Classification supervisée à l’aide d’outils de traitement d’images
Principes
La classification par maximum de vraisemblance est une technique bien établie d’interprétation des images de télédétection aéroportée ou satellitaire. Des logiciels perfectionnés offrent une gamme d’outils évolués qui couvrent tous les aspects du traitement des images. Les principes de cette technique sont très simples :
Schéma d’une classification supervisée à l’aide d’outils de traitement d’images
La classification supervisée est un outil de modélisation centré sur des données
(empirique) parce que ce processus déduit des relations statistiques entre les variables en entrée et les habitats identifiés sur le terrain.
Une image traditionnelle est le résultat de la détection de la lumière ambiante réfléchie (à l’intérieur et au voisinage du spectre visible). La réponse spectrale dépend de la nature des objets sur lesquels la lumière est réfléchie, et sert à créer une signature caractéristique de chaque type d’habitat. Le site d’apprentissage est analogue à un emporte-pièce qui traverse toutes les couches spectrales de l’image et extrait pour chacune les valeurs qui servent à définir la signature des types d’habitat. Cette signature prend la forme d’une distribution de probabilités dans un nombre n de dimensions égal au nombre d’images en entrée. La distribution de probabilités est calculée à partir de l’estimation du maximum de vraisemblance. Chaque type d’habitat possède sa propre signature, et toutes les signatures sont regroupées dans un catalogue de signatures d’habitat.
Toute l’image (en réalité un ensemble d’images, à raison d’une par couche spectrale) est ensuite examinée au regard de ces signatures. Les valeurs spectrales de chaque pixel
(une valeur par couche spectrale) sont comparées au catalogue de signatures, et chaque
pixel se voit attribuer une probabilité d’appartenance à chaque type d’habitat selon sa position dans la distribution de probabilités à n dimensions.
En général, chaque pixel de l’image se voit attribuer le type d’habitat pour laquelle la
probabilité est la plus élevée. Cette règle de décision est qualifiée de « nette » ou
« dure », car elle ne tient pas compte de l’incertitude. Par contre, il est possible d’utiliser autrement les probabilités pour créer des cartes qui reflètent l’incertitude de la
classification (classification « floue »).
242 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Utilisations
La classification supervisée a été mise au point pour le traitement d’images satellitaires, où on l’utilise dans la classification des couches spectrales. Cependant, on peut aussi l’appliquer à d’autres formes de télédétection. On l’utilise pour la classification des données interpolées de réflectance acoustique, par exemple les valeurs données par un
SACLAF. On peut aussi s’en servir avec une combinaison de différentes formes de données, pas seulement des valeurs spectrales. Par exemple, une classification
supervisée peut combiner des données sur la réflectance, la profondeur (ou l’altitude), la
variabilité, etc. Même si de nombreuses variables risquent d’avoir des corrélations entre elles, la classification supervisée est un outil très souple et robuste du point de vue statistique.
Par contre, pour que cet outil fonctionne bien, les images doivent être libres de toute distorsion. Cela est souvent difficile à obtenir lorsque le degré de distorsion varie d’un endroit à l’autre d’une image. La distorsion ailleurs qu’au nadir (le point situé directement sous l’instrument de télédétection) pose un problème particulier pour de nombreux systèmes acoustiques. Elle est particulièrement manifeste lorsque l’on construit une image par assemblage de bandes.
L’un des inconvénients de cette méthode centrée sur des données vient du fait que les signatures, qui représentent les liens entre les variables et les types d’habitat, sont largement invisibles pour les utilisateurs et ne sont pas facilement exportables vers d’autres images. Même s’il est possible d’exporter des signatures, il faut le plus souvent interpréter chaque levé indépendamment des levés précédents. Pour combiner des levés, on se contente souvent de superposer les cartes, de rechercher « à l’œil » les concordances, puis de faire les opérations d’édition qui s’imposent.
Il est toutefois possible d’utiliser les probabilités sous-jacentes d’une manière plus sophistiquée et de surmonter les limites apparentes de la classification supervisée.
Voici un exemple de classification supervisée nette et d’une classification floue de la même région du Loch Maddy, en Écosse, à partir des mêmes données d’un SACLAF et des mêmes données de terrain. La méthode floue a grandement amélioré la valeur
prédictive de la carte, peut-être au prix d’une moins grande facilité de lecture et d’utilisation.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 243
Classification supervisée
fondée sur les données d’un SACLAF. Les données brutes ont été interpolées dans Surfer
MC
, puis classifiées à l’aide d’Idrisi
MC
.
4.4.4 - Exemples de construction de carte
La stratégie de cartographie et les concepts de carte à échelle globale, fine ou
intermédiaire ont été présentés à la section 4.1 « Choix d’une stratégie de cartographie ».
On présente ici quelques exemples de chaque type de carte. Les différences entre
échelle globale et échelle fine sont perceptibles à toutes les étapes du processus de
cartographie :
– le traitement des données biologiques répond au besoin de réduire de manière significative la diversité des données, ou d’avoir un jeu cohérent de données correspondant directement à une typologie ;
244 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
– les couches physiques sont déduites de plusieurs sources, ou acquises au cours d’un levé ;
– l’intégration des données est plutôt simple, ou fait appel à une analyse statistique sophistiquée ;
– la carte finale montre une gamme d’habitats ou de probabilités, ou un maximum de détails à l’échelle d’une espèce ou d’une biocénose.
4.4.4.1 - Exemples de cartes à échelle globale de grands territoires
Étude de la Highland Shellfish Management Organisation pour les eaux côtières de l’Écosse
Cette étude de cas présente les résultats d’un projet de SIG « descendant » mené pour aider la Highland Shellfish Management Organisation (HSMO) dans sa révision de la gestion des pêches côtières ( Highland Shellfish Management.pdf
). Un SIG a été élaboré à partir des données sur la géographie physique, l’environnement, les habitats, les ressources et l’effort de pêche des mollusques et crustacés, les infrastructures et les intérêts en matière de conservation. Ce SIG visait à aider la HSMO dans son rôle de gestion en lui procurant un aperçu environnemental général du territoire, des caractéristiques de son patrimoine naturel et des interactions entre les pêcheries et ces caractéristiques. À partir de nombreuses sources de données, on a construit une carte des habitats.
Des données manquant de précision spatiale ont posé des difficultés, et la couverture de la région du Highland était médiocre. La modélisation de l’exposition n’était pas sophistiquée, et les classes d’exposition n’étaient pas définies avec exactitude. L’étude de cas donne néanmoins une analyse significative à l’échelle globale, qui permet par exemple de prédire avec succès les zones d’antagonisme de types de pêcheries. D’un point de vue de gestion, ces SIG peuvent aider à définir les priorités et à bien affecter les ressources à l’échelon régional. Le principal atout du système est l’utilisation efficace des données existantes. Il a également la capacité d’appuyer des évaluations environnementales stratégiques et des études d’impact sur l’environnement, et peut contribuer à faciliter une gestion intégrée.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 245
Carte
des habitats des eaux côtières de l’Écosse. Cette carte a été élaborée à partir de couches de données sur les substrats, la bathymétrie, l’exposition ainsi que des données physiographiques, combinées avec des données biologiques de terrain (Envision Ltd).
Modélisation du territoire du projet M
ESH
à partir de triplets E
UNIS
Le projet M
ESH
a adopté E
UNIS
comme typologie standard de présentation des cartes d’habitats. Puisque la couverture de cartes détaillées est relativement limitée, une approche à échelle plus globale a également été adoptée pour prédire la répartition des
habitats de la typologie E
UNIS
dans l’ensemble du territoire du projet M
ESH
(nord-ouest de l’Europe).
Étant donné l’étendue de ce territoire (cinq pays) et le besoin de couches à couverture totale en entrée de la modélisation, celle-ci a dû être restreinte à un niveau global de la
typologie E
UNIS
(niveau 3 ou 4, sans données biologiques) et à l’utilisation des trois
couches suivantes de données :
– le substrat ;
– la zone de profondeur (à partir de la bathymétrie, de la pénétration de la lumière et du niveau de base des vagues) ;
246 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Les couches de données nécessaires ont été fournies par des jeux de données ou des
modèles couvrant le territoire du projet M
ESH
(bathymétrie, pénétration de la lumière, niveau de base des vagues, tensions de cisaillement), ou en intégrant des données provenant d’un certain nombre de sources nationales (substrat). Chaque couche de données a été catégorisée selon les classes de la typologie E
UNIS
(p. ex. les tensions de
cisaillement sont fortes, modérées ou faibles) et converties en une grille vectorielle à pas d’environ un mille marin.
Chaque combinaison des trois couches de données a été mise en correspondance avec une classe d’habitat de la typologie E
UNIS
(p. ex. substrat rocheux + zone photique +
tensions de cisaillement élevées = classe E
UNIS
A3.1). En analysant les données de chaque cellule dans MS Access, on a pu produire une carte donnant une prédiction de la répartition des classes de la typologie E
UNIS
. Le fichier Worked Example - M
ESH
E
UNIS
Model.pdf
contient plus de détails sur le modèle E
UNIS
élaboré dans le cadre du projet
M
ESH
.
Même si de telles prédictions des classes de la typologie E
UNIS
ne remplacent pas les programmes de cartographie des habitats réalisés à l’aide de techniques plus traditionnelles, elles sont utiles du fait qu’elles fournissent une certaine information sur les zones non encore cartographiées, en particulier au large des côtes. Elles peuvent
également mettre en lumière des zones possibles d’hétérogénéité des habitats ou des zones possibles d’habitats rares auxquelles de futurs programmes de cartographie devraient s’intéresser.
La résolution de ce genre de modèle est principalement limitée par la résolution des divers jeux de données utilisés. Ces modèles sont également limités par la difficulté à obtenir des jeux de données physiques à couverture totale, par exemple pour l’exposition aux vagues.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 247
Carte
de prédiction de la répartition des
classes
d’habitat de la typologie E
UNIS dans le territoire du projet M
ESH
Le projet UKSeaMap
Le projet UKSeaMap (Connor et al., 2006 ; UKSeaMap_FinalReportJan2007.pdf
) a adopté une approche généralement semblable à celle du projet des triplets E
UNIS
, faisant appel à un ensemble similaire de données physiques (le plus souvent les mêmes) ramenées à une grille vectorielle pour modéliser la répartition à échelle globale des
habitats des eaux du Royaume-Uni. Par contre, étant donné qu’E
UNIS
n’inclut aucun
élément topographique dans la classification du fond de la mer, le projet UKSeaMap a cherché à produire une carte des paysages marins davantage fondée sur la topographie, susceptible d’être mieux adaptée aux besoins régionaux et nationaux en matière de planification et de gestion.
Cette carte à échelle globale des « paysages marins » a été élaborée dans le cadre du projet UKSeaMap en combinant les trois éléments suivants :
– un ensemble de caractéristiques relatives à la topographie et aux figures sédimentaires
(p. ex. aiguilles, bancs, cuvettes, buttes), identifiées par leur forme et leur pente à partir de données bathymétriques ;
248 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
– un ensemble de caractéristiques physiographiques du littoral (p. ex. baies, estuaires, lagunes, fjords), identifiées par la forme du littoral, la topographie et le profil de salinité ;
– un ensemble de caractéristiques globales d’habitat (p. ex. vasière), identifiées par modélisation de paramètres d’habitat afin de déterminer des types généraux d’habitat
équivalents aux classes de la typologie E
UNIS
.
La modélisation à échelle globale effectuée dans le cadre du projet UKSeaMap présente certains avantages par rapport à l’approche des triplets E
UNIS
. Premièrement, les utilisateurs comprennent facilement les caractéristiques topographiques et côtières cartographiées, en particulier du fait que plusieurs d’entre elles sont identiques aux caractéristiques qui, selon la directive 92/43 de la CE concernant les habitats naturels et la Commission OSPAR, ont besoin de protection et sont donc importants du point de vue de la gestion et des politiques. En second lieu, la modélisation des caractéristiques des
habitats s’est faite suivant une approche plus souple que dans le cas de la typologie
E
UNIS
, afin de produire des cartes tantôt plus globales (structures rocheuses du littoral), tantôt plus fines (structures sédimentaires au large des côtes) convenant mieux à l’échelle du territoire cartographié et aux besoins des utilisateurs.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 249
250 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Dans le cadre du projet M
ESH
, d’autres cartes de paysages marins ont été produites pour les eaux belges ( UGent Marine Landscapes BCS.pdf
), néerlandaises
( Dutch_Marine_landscape_Map.pdf
) et françaises. Les méthodes employées ont été adaptées de diverses manières selon la finalité des cartes et les données disponibles.
Même si la cartographie de paysages marins se fait généralement à échelle globale, c’est la résolution des données qui a déterminé l’échelle du rendu cartographique.
4.4.4.2 - Exemples de cartes à échelle fine de petits territoires
Détection d’huîtres et de moules dans les estuaires et les wadden des Pays-Bas
On a utilisé le sonar à balayage latéral pour la cartographie et le suivi des mollusques dans les zones de très petit fond des estuaires et wadden des Pays-Bas (voir le fichier
WE_TNO_SSS_oysters_mussels.doc
). En vue de faire une estimation quantitative de la densité de mollusques, on a d’abord procédé au filtrage des données et au traçage automatique de contours. Cette estimation repose sur un décompte du nombre de pics de rétrodiffusion. Cela peut se faire au moyen d’un recensement par unité de surface. Les
cartes tirées de ce recensement se prêtent au tracé automatique de contours qui peuvent servir à délimiter les bancs de mollusques et à accentuer leurs structures. On a comparé les résultats de ce processus aux images optiques affichées dans Google Earth.
Images optique et acoustique d’un banc de moules dense et d’espaces ouverts (TNO)
Cartes
des biocénoses et espèces macrobenthiques de la partie belge de la mer du Nord
Pour obtenir ces cartes à échelle fine et à couverture totale des biocénoses et espèces macrobenthiques, on a levé des zones choisies de la partie belge de la mer du Nord avec un sonar à balayage latéral à très haute résolution. La prochaine figure montre un exemple (5 km × 5 km) des Bancs côtiers occidentaux, une zone très diversifiée sur les plans géomorphologique et sédimentologique, où la profondeur de l’eau va de 0 à 15 m
(MLLWS – limite inférieure moyenne des basses eaux de printemps) (Degraer et al.,
2002). On a prélevé de nombreux échantillons sédimentologiques et biologiques, et mesuré des paramètres physico-chimiques supplémentaires. La figure montre une
interprétation détaillée des images de sonar à balayage latéral. On a délimité les faciès acoustiques en fonction de leur réflectivité, de leur texture et de leurs motifs (Van Lancker
et al., 2001), puis on les a interprétés quant à la compacité et à la répartition des sédiments. Cela a permis d’établir des liens avec les habitats préférentiels des quatre principales biocénoses macrobenthiques présentes dans la partie belge de la mer du
Nord :
Macoma balthica
Abra alba – Mysella bidentata
Nepthys cirrosa
Ophelia limacina
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 251
Ces biocénoses sont présentes dans la gamme de terrains comprenant les sables vaseux, les sables fins à moyens contenant de la vase, les sables fins à moyens bien triés et les sables moyens à grossiers. Le fond de la figure est une carte de probabilités de la présence ou de l’absence du Polychète tubicole Lanice conchilega. Les résultats du
modèle prédictif, sur une grille à pas de 250 m, ont été obtenus à l’aide de réseaux neuronaux artificiels (Willems et al., à paraître). Dans le faciès orangé, on distingue souvent des motifs inégaux, à la rétrodiffusion légèrement plus élevée, liés à la présence de colonies denses de L. conchilega.
Carte
des biocénoses macrobenthiques des Bancs côtiers occidentaux, établie à partir de la délimitation des faciès acoustiques (mars 2000). Les points d’échantillonnage indiquent la densité du
Polychète tubicole Lanice conchilega. Le fond est une carte de probabilités de la présence (en vert) ou de l’absence (en bleu) de cette espèce. Le faciès orangé correspond à la présence probable de la
biocénose
Abra alba – Mysella bidentata, dont L. conchilega est l’espèce clé (Université de Gand).
4.4.4.3 - Exemples de cartes à échelle intermédiaire
Cartes de répartition des probabilités de la présence de biocénoses macrobenthiques dans la partie belge de la mer du Nord
Des cartes de répartition des probabilités de la présence de biocénoses macrobenthiques ont été produites pour toute la partie belge de la mer du Nord (voir le fichier
WE_UGent_Habitatsuitability_E
UNIS
) à partir de bases de données biologiques et sédimentologiques. Un modèle des habitats, fondé sur des analyses discriminantes, a été
élaboré à partir de données biologiques portant sur les espèces et les facteurs environnementaux. Les paramètres les plus pertinents étaient la taille moyenne des grains et le pourcentage de silt ou d’argile. Ces variables ont été modélisées sur une grille
à pas de 250 m à l’aide d’outils géostatistiques avancés. Le modèle des habitats a été appliqué sur les jeux de données dans un SIG. On a construit des cartes de probabilités des 4 biocénoses macrobenthiques, puis on les a traduites en une carte E
UNIS
. À l’heure actuelle, on ne peut pas attribuer une classe E
UNIS
à toutes les biocénoses macrobenthiques. La validation écologique a été un très grand succès.
252 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Types d’habitat E
UNIS
provisoires définis pour le plateau continental belge (Université de Gand)
Cartographie des habitats E
UNIS
dans l’archipel de Glénan
L’archipel de Glénan est connu pour sa structure géomorphologique exceptionnelle et la grande diversité de ses habitats benthiques. Ce secteur a fait l’objet de nombreuses
études, dont plusieurs sont spécialisées et indépendantes. Cet archipel constitue un territoire optimal pour la cartographie générale des habitats benthiques à partir de données de plusieurs sources ( Glenan Archipelago Case Study.pdf
). Un grand nombre d’habitats remarquables sont situés dans l’archipel de Glénan. Il y a de grands bancs de maërl au centre et dans la partie nord-est de l’archipel. Des herbiers de Zostera marina constituent le principal habitat dans le centre du secteur. Au sud-ouest des îles principales, se trouve un grand replat rocheux, surtout colonisé par de grandes algues comme des Laminaires. Enfin, dans la zone intertidale, même si leur surface est limitée, il y a de grandes ceintures de Fucales et de grandes zones couvertes de champs de blocs particulièrement riches en nombre d’espèces.
Les données de base étaient constituées d’orthophotographies de la zone intertidale et des zones de petit fond (la visibilité étant généralement inférieure à 10 m), de la carte sédimentologique G du SHOM, modifiée par photo-interprétation pour les petits fonds, ainsi que des observations effectuées en plongée hyperbare dans les zones plus profondes. Des échantillons ont été prélevés pour des analyses granulométriques.
Parfois, la classe granulométrique a fait l’objet d’une estimation visuelle. Les orthophotographies aériennes (d’une limite de résolution de 1 m) ont fait l’objet d’un traitement d’images, puis d’une classification non supervisée. Les données de terrain ont ensuite servi à affecter à chaque pixel de l’image un type d’habitat selon sa signature spectrale. Les autres levés ont consisté en un lidar hydrographique et en un sonar à balayage latéral à très haute résolution, validés par des prélèvements à la benne et des images vidéo. Les habitats ont été décrits en E
UNIS
et « Life Forms ». Ce cas d’étude a
été particulièrement propice pour révéler l’inadéquation de la mise en application directe d’E
UNIS
, avec les interprétations issues de la télédétection
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 253
254 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
Caractérisation des habitats, chenal de Bristol
L’étude des habitats marins de la partie ouest du chenal de Bristol (Mackie et al., 2006) portait sur la biologie et la géologie du fond de la mer dans une région ayant un fort potentiel d’exploitation de granulats marins. La répartition de l’endofaune était surtout en corrélation avec la profondeur et cinq paramètres relatifs aux sédiments. La carte des
habitats a résulté d’une analyse semi-quantitative de groupement portant sur l’endofaune et l’épifaune, ajustée au regard de la carte des structures du fond et des figures
sédimentaires. Les trois principaux habitats de l’endofaune selon la typologie E
UNIS
étaient A5.242 (SS.SSa.ImuSa.FfabMag) dans la baie de Carmarthen, contenant surtout des sables fins, E
UNIS
A5.124 (Biomar SS.SCS.ICS.HeloMsim) dans les grandes dunes hydrauliques des NOBel Sands, et E
UNIS
A5.132 (Biomar SS.SCS.CCS.MedLumVen) dans les sédiments surtout graveleux des SOBel Sands au sud. Dans de nombreuses zones, plusieurs habitats étaient simultanément présents, et les habitats de l’épifaune
A5.232 et A5.444 (Hydraires) et A5.611 (Sabellaria spinulosa) se superposaient, en particulier sur les sédiments graveleux plus stables. Les habitats étaient définis selon la
typologie E
UNIS
ou la typologie marine du JNCC .
La carte des habitats est surtout fondée sur les données biologiques à chaque station
d’échantillonnage, ajustées selon une carte à couverture totale des structures du fond. Cette dernière a été construite à partir d’images de sonar à balayage latéral et de sondage multifaisceaux, validées par des prélèvements d’échantillons et des images vidéo.
La cartographie du chenal de Bristol est décrite et illustrée dans Mackie et al., (2006).
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 255
Carte
des habitats du chenal de
Bristol, qui intègre des données biologiques et environnementales. Elle résulte d’une analyse de groupement, ainsi que d’une carte des structures du fond et des figures
sédimentaires
(Mackie et al.,
2006).
4.5 - Conception et réalisation de la carte d’habitats
Au cours de cette quatrième et dernière étape de la production d’une carte d’habitats, un
élément important à considérer est de savoir si le produit final sera sous forme imprimée ou électronique. Une carte imprimée doit être interprétée à une échelle déterminée, alors qu’une carte électronique permet à l’utilisateur de faire à sa guise des zooms avant ou arrière pour obtenir la résolution voulue. Mais même avec une carte électronique, l’utilisateur doit savoir jusqu’à quelle échelle les données permettent de faire un zoom tout en demeurant adéquates ou significatives.
Cette section contient un bref guide de la cartographie électronique, qui porte notamment sur la création de cartes adéquates des habitats benthiques et à leur visualisation dans un
système d’information géographique (SIG). Il propose quelques solutions pratiques pour améliorer le rendu cartographique.
Parmi les éléments importants de la conception d’une carte, on aborde la bonne utilisation de systèmes de coordonnées, les métadonnées, ainsi que l’enregistrement des attributs dans une table (codes d’identification, noms des structures, etc.).
256 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
4.5.1 - Réalisation de cartes électroniques à l’aide d’un SIG
Les deux logiciels de SIG les plus couramment employés en Europe pour la réalisation de
cartes d’habitats benthiques sont la suite ArcGIS
MC
de la société ESRI et le logiciel
MapInfo Professional
MC
de la société MapInfo . Les conseils donnés ici sont fondés sur l’expérience de l’utilisation de la suite ArcGIS
MC
de la société ESRI, mais les mêmes principes sont applicables à MapInfo Professional
MC
.
Systèmes de coordonnées
Il est possible de tracer des polygones dans une couche de données (essentiellement une
carte électronique) sans définir de système de coordonnées associé aux structures. Mais si on veut pouvoir s’en servir plus tard, il est essentiel que le système de coordonnées soit clairement défini. Des fichiers qui ne se rapportent à aucun système de coordonnées ne peuvent pas être visualisés avec d’autres fichiers dont le système de coordonnées est bien défini dans un SIG. Un SIG permet de vérifier quel système de coordonnées se rapporte à un gisement de données, et comporte des outils de définition (ou de changement) de systèmes de coordonnées. Par exemple, les fonctions Projections du module ArcToolbox
MC
permettent :
– de définir le système de coordonnées d’un jeu de données ;
– de modifier les paramètres d’un système de coordonnées déjà défini ;
– de convertir des données d’un système de coordonnées à un autre.
Métadonnées
Une documentation adéquate des gisements de données à l’aide de métadonnées fait gagner du temps par la suite. Les métadonnées sont décrites en détail au chapitre 6 enregistrées avec les données elles-mêmes, ou externes, c’est-à-dire conservées dans un catalogue consultable de métadonnées. Les métadonnées internes accompagnent toujours les données et sont facilement accessibles à tous les utilisateurs. À titre d’exemple, le module ArcCatalog
MC
permet à l’utilisateur de créer des métadonnées internes. Il est possible d’exporter des métadonnées internes vers des bases de données, en général au moyen du langage XML (eXtensible Markup Language – langage de
balisage extensible). Par contre, les métadonnées externes permettent de faire des recherches de manière plus efficace dans de nombreux fichiers, particulièrement si elles sont stockées dans une base de données. Avec des métadonnées externes, il est crucial de définir clairement le lien entre les métadonnées et les données qu’elles décrivent, en utilisant idéalement des identificateurs exclusifs. Par exemple FR000001 désigne la première couche de données constituée par l’Ifremer, partenaire français du projet M
ESH
.
Lorsque l’on envisage de définir des métadonnées pour une couche de données, la première question à se poser est de savoir si ce sont des métadonnées internes, externes, ou encore une combinaison des deux, qui répondront le mieux aux besoins.
Attributs
Les éléments d’une couche de données vectorielles (polygones, points, lignes) sont normalement associés à d’autres informations sémantiques appelées attributs, enregistrés dans une zone de données contenue dans un fichier d’un SIG. Une couche peut avoir de nombreux attributs (code, libellé, auteur) enregistrés dans des zones distinctes. Les fichiers qui contiennent ces données sont communément appelés tables
d’attributs et servent normalement à l’analyse des données et à la production de cartes.
Il est essentiel que les couches d’information de vos cartes aient les bons attributs, afin que d’autres utilisateurs puissent exploiter au maximum le gisement de données. Lorsque l’on utilise une carte électronique par ailleurs excellente, il est très frustrant de constater
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 257 que l’information sur ce qui est réellement présent au fond de la mer à un endroit précis ne fait pas partie du gisement de données. Par exemple, si un cartographe utilise un tableau avec un lien ou un fichier de légende pour documenter les symboles d’une carte, ces données cruciales sont souvent perdues si elles ne sont pas conservées avec le gisement de données. Un autre problème courant vient de l’emploi de codes alphanumériques représentant des catégories de données (par exemple des types d’habitat), lorsque les codes servent à déterminer les couleurs des polygones thématiques de la carte, mais que la légende ne contient qu’une description textuelle des catégories. Il peut être alors difficile de faire le lien entre les descriptions textuelles et les codes correspondants. Pour éviter de tels problèmes, il faut toujours enregistrer toute
information descriptive pertinente associée à des structures sous forme d’attributs dans la
table d’attributs de la couche de données.
Dans les modules d’ArcGIS
MC
, les noms d’attributs sont limités à dix caractères. Il faut donc toujours choisir des noms qui demeurent exclusifs et reconnaissables lorsqu’ils sont tronqués à dix caractères, sinon il peut être difficile d’identifier les attributs. En plus d’un nom, chaque attribut a un type de donnée et une longueur de zone. Par exemple, l’attribut
« Code d’habitat » peut être de type textuel avec une longueur de zone de 20 caractères.
Il faut définir avec soin le type et la longueur de zone des attributs : une zone trop courte pour contenir l’information nécessaire se traduit souvent par des pertes d’information.
Même si la plupart des bases de données modernes (dont ArcGIS
MC
et MS Access) ne font pas la distinction entre les majuscules et les minuscules dans les noms d’attribut, il est bon d’adopter une manière normalisée d’ajouter des attributs dans un fichier de données, par exemple de toujours utiliser des lettres majuscules. Il ne faut pas oublier que d’autres logiciels ou langages informatiques (en particulier ceux qui sont plus anciens) peuvent faire la distinction entre les majuscules et les minuscules lors des recherches dans une table d’attributs. C’est le cas par exemple des modèles HTML utilisés dans le SIG webGIS de M
ESH
pour interroger les tables d’attributs du fichier de formes, et l’emploi erroné de majuscules ou de minuscules dans un nom d’attribut fera
échouer la recherche.
Topologie
En plus de définir un système de coordonnées, d’enregistrer des métadonnées et d’ajouter des attributs, il faut aussi considérer la topologie lorsque l’on crée un gisement de données vectorielles. Dans les SIG modernes, la topologie se rapporte aux relations entre structures adjacentes. Alors que dans les structures de données vectorielles, les relations topologiques entre diverses entités sont explicitement enregistrées, dans les bases de données matricielles, elles ne sont qu’implicitement codées dans les valeurs des attributs des pixels. La topologie peut sembler très éloignée des préoccupations de la
cartographie des habitats benthiques, mais il est essentiel d’en tenir compte lorsque l’on crée des données cartographiques. Les règles topologiques supposent que les structures géographiques existent dans un plan, donc en deux dimensions. Les structures spatiales sont donc représentées par des nœuds (cellules à 0 dimension), des arêtes (cellules à 1 dimension) ou des polygones (cellules à 2 dimensions).
Outils de vérification et d’édition de données cartographiques
Étant donné les règles topologiques appliquées par les SIG, certaines fonctions ne se déroulent correctement que si les couches de données vectorielles contiennent des structures topologiquement correctes (dites « simples »). Par exemple, les outils de l’assistant de géotraitement d’ArcGIS
MC
(dissolution, fusion, union, intersection) risquent d’échouer si les fichiers de formes en entrée contiennent des structures topologiquement erronées (souvent qualifiées de « non simples »). Voici les problèmes topologiques communs dans les fichiers de formes produits à partir de données de cartographie des
habitats benthiques : structures orientées dans le sens anti-horaire plutôt que le sens
258 4 - Comment réalise-t-on une carte ? horaire, « nœuds papillons » dues à des intersections, segments libres (culs-de-sac).
Voici quelques schémas illustrant des structures non simples. a. Polygone non fermé
(les points de départ et d’arrivée sont distincts) d. Polygone orienté dans le sens anti-horaire et non horaire b. Polygone comportant une intersection
(« nœud papillon ») e. Polygone comportant un segment libre
(cul-de-sac) c. Segments d’un polygone non tous orientés dans le même sens
Illustration de structures non simples en vertu des règles topologiques d’ArcGIS
MC
Par conséquent, lorsque l’on produit des fichiers de formes destinés à être analysés ou
édités à l’aide d’outils d’analyse spatiale, il est important de vérifier leur topologie et de simplifier partout où c’est possible les structures non simples.
La vérification par lots des fichiers de formes permet évidemment de gagner du temps.
C’est pourquoi l’équipe du projet M
ESH
a mis au point pour la suite ArcGIS
MC
un ensemble d’outils de traitement par lots de fichiers de formes : structures non simples ;
– simplify shapefiles : simplification des fichiers de formes qui contiennent des structures non simples ;
– dissolve shapefiles : dissolution (fusion) d’un lot de fichiers de formes en fonction d’un
attribut spécifié par l’utilisateur (utile pour la construction de polygones frontières).
Il arrive parfois que l’outil Simplify shapefiles soit incapable de simplifier toutes les structures contenues dans un fichier de formes. Dans ce cas, un ensemble d’outils supplémentaires traite les fichiers de formes un à un pour aider à trouver l’erreur :
– find non-simple features : recherche et simplification des structures non simples dans un fichier de formes, et suppression des structures qui ont une géométrie vide ;
– split multipart features : séparation de structures en structures simples qui conservent les attributs de la structure non simple d’origine ;
– remove interior rings : suppression des anneaux intérieurs de structures, ce qui permet de supprimer les artefacts résultant d’opérations d’union ;
– re-order shapefile : outil de visualisation qui consiste à tracer d’abord les plus grands
polygones afin d’empêcher les plus grandes structures de cacher les plus petites.
Les outils mis au point par l’équipe du projet M
ESH
pour la suite ArcGIS
MC
sont accessibles à tous. Il faut toutefois noter que ni le projet M
ESH
ni le JNCC n’assurent le soutien technique de ces outils, et que l’utilisateur s’en sert donc à ses risques. À ce jour, ces outils n’ont été utilisés qu’avec les versions 8.2 et 8.3 d’ArcGIS
MC
. Il est conseillé de faire des copies de sauvegarde de toutes les données avant de se servir de ces outils.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 259
4.5.2 - Présentation d'une carte
Visualisation des données
Les cartes thématiques qui distinguent des structures selon leurs caractéristiques utilisent des couleurs et des motifs pour mettre en évidence la gamme des valeurs d’attribut de ces structures. Le choix des couleurs et des motifs joue un rôle important dans l’impact visuel d’une carte et dans la facilité d’interprétation de son contenu. Un usage inapproprié des couleurs et des motifs peut rendre inutile une carte par ailleurs excellente ! Les conseils ci-dessous reposent sur notre expérience de l’examen de cartes d’habitats benthiques dans le cadre du projet M
ESH
. Ces conseils ne prétendent pas être exhaustifs et ne constituent pas des règles obligatoires, mais simplement une liste de choses à faire et à ne pas faire lorsque l’on définit un jeu de couleurs et de motifs à utiliser dans une
carte d’habitats benthiques.
À faire
¾
Tenir compte de l’agencement des couleurs de polygones adjacents sur la carte : pourra-t-on les distinguer à une échelle « normale » de visualisation ?
¾
Vérifier si possible l’aspect de couleurs sur différents écrans et avec une variété d’imprimantes, car il y a toujours de légères différences d’un appareil à l’autre dans le rendu des couleurs.
¾
Considérer la taille relative des polygones sur la carte. Par exemple, sur une carte qui couvre à la fois des zones intertidales et subtidales, les polygones des zones subtidales sont généralement plus grands que ceux des zones intertidales. Il est préférable de donner des couleurs claires aux grands polygones pour éviter qu’ils ne dominent la carte sur le plan visuel. Utiliser des couleurs soutenues pour mettre en
évidence les petites zones intertidales sur la carte.
¾
Se rappeler que les utilisateurs regardent souvent une carte à des échelles plus ou moins globales (zoom arrière) ou fines (zoom avant). Les systèmes de cartographie
électronique permettent à l’utilisateur de faire à sa guise des zooms avant ou arrière ;
à une échelle globale, les couleurs attribuées à un niveau très détaillé d’une typologie peuvent devenir impossibles à distinguer.
¾
Penser aux utilisateurs qui distinguent mal les couleurs (daltoniens), en particulier à ceux qui sont incapables de distinguer le rouge et le vert.
¾
Étudier l’aspect qu’aurait un jeu de couleurs existant sur une carte. Cela peut enrichir la carte, puisque les utilisateurs habitués aux jeux de couleurs existants arrivent facilement à l’interpréter. L’équipe du projet M
ESH
a conçu un jeu de couleurs pour la
typologie E
UNIS
(version 2004), que l’on peut utiliser pour les polygones correspondant aux classes d’habitats de la typologie E
UNIS
. Les classes d’habitat des niveaux 4, 5 et 6 de la typologie E
UNIS
sont regroupées de telle sorte que l’on ne peut distinguer les types d’habitat que jusqu’au niveau 3 inclusivement, par exemple A1.1.
¾
Considérer la forme – électronique ou imprimée – sous laquelle la majorité des utilisateurs verront la carte. Si la carte est surtout destinée à être vue sous forme
électronique dans un SIG, le jeu de couleurs peut être assez simple, car les outils standard d’interrogation permettent d’obtenir plus de détails sur demande. Dans le cas d’une carte imprimée, il faut choisir un jeu de couleurs adéquat selon l’échelle d’impression prévue.
¾
Enregistrer le jeu de couleurs et le conserver avec le fichier. Dans ArcGIS
MC
par exemple, on peut créer un style qui permet d’appliquer un même jeu de couleurs à plusieurs cartes. D’autre part, dans le cas d’un jeu de couleurs propre à une carte, on peut créer un fichier de couche (.lyr), mais il faut veiller à ce que ce fichier accompagne toujours le fichier de formes, notamment lorsque ce dernier est transmis
260 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
à un tiers ! Si aucune autre option n’est disponible, il est même possible de noter les composantes RVB (rouge, vert, bleu) de chaque couleur dans un fichier texte, afin que d’autres utilisateurs puissent recréer les mêmes couleurs dans un autre logiciel (un autre SIG ou un logiciel graphique utilisé pour produire des publications). Ce serait du gaspillage de définir un jeu de couleurs pour une publication sans pouvoir le reproduire ultérieurement.
À ne pas faire
¾
Définir un jeu de couleurs trop complexe et difficile à interpréter. Même s’il est possible d’utiliser une gamme presque infinie de couleurs et de motifs dans un SIG, cela ne donne pas nécessairement des cartes claires ! Il n’est pas obligatoire d’attribuer une couleur ou un motif propre à chaque structure qui a un attribut différent.
Le regroupement d’habitats benthiques par types semblables est une possibilité pratique. Une règle empirique souvent adoptée limite à environ 15 le nombre de catégories de couleur différentes, soit le maximum qui semble facile à distinguer pour un utilisateur.
¾
Construire une carte symbolique avec des codes d’attribut qui n’ont pas de signification courante (p. ex. des nombres entiers pour représenter des descriptions d’habitat), puis mettre dans la légende un texte décrivant les habitats. Il vaut mieux ajouter à la couche de données vectorielles des attributs descriptifs interprétables par d’autres utilisateurs (p. ex. des descriptions ou des codes d’habitat tirés d’un système reconnu). Le jeu de couleurs est alors utilisable pour n’importe quel attribut, alors que l’information importante est enregistrée dans la couche de données.
¾
Écrire un long texte dans une légende. Il est extrêmement difficile d’interpréter une
carte dont la légende est trop complexe, et l’impact visuel de la carte risque d’en souffrir.
¾
Utiliser des frontières trop foncées qui masquent le contour interne des structures ; ce problème se pose souvent dans le cas de petites structures.
¾
Définir un jeu de couleurs pour une carte imprimée sans vérifier l’aspect des couleurs
à l’impression. Deux couleurs distinctes à l’écran peuvent se ressembler à l’impression (et vice versa).
Présentation
Les éléments traditionnels de présentation d’une carte (titre, texte, légende, échelle graphique, logo) sont parfois omis dans une carte électronique. Ils sont néanmoins essentiels pour qu’une carte soit facile à interpréter. Voici les éléments importants à inclure :
– une flèche orientée vers le nord indiquant l’orientation de la carte ; distances entre structures sur la carte ; l’échelle graphique prend la forme d’une barre généralement subdivisée en plusieurs parties, avec une indication d’unité (p. ex. km, mètre) ; de la carte et des structures qui y figurent (p. ex. 1/10 000, ou 1cm pour 10 km) ;
– le système de coordonnées.
Une légende doit contenir des noms clairs et faciles à comprendre pour les trames de données, les couches, les en-têtes et les classes.
4 - Comment réalise-t-on une carte ? 261
Liens vers des documents
INFOMAR : http://www.marine.ie/home/services/surveys/seabed/
Norvège : http://www.mareano.no/english/index.HTML
CCW intertidal mapping.htm : http://www.marlin.ac.uk/Conference99/Demonstrations/Countryside%20Council%20for%20
Wales/MappinginWales.htm
Guide d'utilisation du logiciel HMP : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM4_Manual_for_Habitat_Matching_Program.pdf
E
UNIS
_2004_report.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_E
UNIS
_2004_report.pdf
MNCR_04_05_introduction.pdf : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM4_MNCR_04_05_introduction.pdf
WE_Imares_Musselbeds.pdf : http://www.searchmesh.net/default.aspx?page=1756
La typologie des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande : http://www.jncc.gov.uk/Default.aspx?page=1584
La typologie européenne E
UNIS
: http://eunis.eea.europa.eu/habitats.jsp
Technical Summary and Examples.doc : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM4_Habitat_Matching_Program_Technical_Summary_
&_Examples.pdf
Manual_for_Habitat_Matching_Program_v2.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_Manual_for_Habitat_Matching_Program.pdf
PRIMER : http://www.primer-e.com/
MVSP (Multi Variate Statistical Package – Logiciel statistique d’analyse multivariée) : http://www.kovcomp.com/)
CLUSTAN (CLUSter ANalysis – Analyse de groupement) : http://www.clustan.com/
E
UNIS
application v3.doc : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_E
UNIS
_application.pdf
E
UNIS
marine proposal proforma v3.xls : http://www.searchmesh.net/default.aspx?page=1864
Document sur la cartographie des habitats benthiques en zone côtière de petit fond : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_Mapping_shallow_coastal_benthic_habitats_(2).pdf
UGent_Multivariate_geostatistics.pdf : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM4_Multivariate_geostatistics.pdf
Dummy_file_WE_TNO_interpolation_fractions.doc : http://www.searchmesh.net/Default.aspx?page=1625
L’indice de position bathymétrique : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM4_Bathymetric_position_index_(BPI).pdf
Dummy_file_WE_TNO_Sand wave height map_DCS.doc http://www.searchmesh.net/Default.aspx?page=1625
WE_Ifremer_lidar.pdf : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM4_Mapping_Substrata_using_LIDAR.pdf
Catalogue de signatures d'habitat : http://www.rebent.org/mesh/signatures/
Manuel d’instructions : http://www.rebent.org/mesh/signatures/search/search.php?mode=habitats
Aperçu des techniques statistiques : http://www.statsoft.com/textbook/stathome.HTML
262 4 - Comment réalise-t-on une carte ?
WE_Ifremer_predictive_modelling_seaweeds.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_Predictive_modelling_seaweeds.pdf
Habitat_suitability_modelling_M
ESH
.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_Habitat_suitability_modelling_M
ESH
Maerl regression.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_Mitchell_Collins_2004_maerl_regression.pdf
ENV CS05 Maximum Likelihood Classification of AGDS Data.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_Maximum_Likelihood_Classification_of_AGDS_D ata.pdf
ENV CS09 Prior Probability Classification.pdf : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM4_Prior_Probability_Classification.pdf
Définition des réseaux neuronaux : http://www.statsoft.com/textbook/stathome.HTML
Définition de l'analyse discriminante : http://www.statsoft.com/textbook/stdiscan.HTML
WE_UGent_Habitatsuitability_E
UNIS
.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_Habitat_suitability_modelling_M
ESH
Highland Shellfish Management.pdf : http://www.searchmesh.net/pdf/ENV%20CS07%20Highland%20Shellfish%20Management.pdf
Worked Example - M
ESH
E
UNIS
Model.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_M
ESH
_E
UNIS
_Model.pdf
UKSeaMap : http://www.jncc.gov.uk/Default.aspx?page=2117
UKSeaMap_FinalReportJan2007.pdf
: http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM1_UKSeaMap_Final_Report.pdf
UGent Marine Landscapes BCS.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_Belgian_Marine_Landscapes.pdf
Dutch_Marine_landscape_Map.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_Dutch_Marine_landscape_Map.pdf
WE_TNO_SSS_oysters_mussels.doc : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_Oysters_and_mussels.pdf
WE_UGent_Habitatsuitability_E
UNIS
.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_Habitat_Suitability_E
UNIS
Glenan Archipelago Case Study.pdf : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM4_Case_Study_Glenan_Archipelago.pdf
La typologie marine du JNCC : http:www.jncc.gov.uk/marineclassification
Liens vers des sites Web
La société ESRI : http:www.esri.com
La société MapInfo : http:www.mapinfo.com
SIG webGIS de M
ESH
: http://www.searchmesh.net
http://www.marine.ie/home/services/surveys/seabed/ http://www.mareano.no/english/index.HTML http://www.marlin.ac.uk/ http:www.primer-e.com
http:www.kovcomp.com
http:www.clustan.com
4 - Comment réalise-t-on une carte ? http:www.statsoft.com
Exploratoire : http://www.statsoft.com/textbook/stdatmin.HTML#eda http:www.jncc.gov.uk/UKSeaMap http:www.jncc.gov.uk/marineclassification
263
265
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ?
Bob F
OSTER
-S
MITH
, Natalie C
OLTMAN
et Fiona F
ITZPATRICK
Ce chapitre du Guide M
ESH
vise à présenter les questions relatives à l’exactitude et à la
fiabilité d’une carte. Il aborde la notion d’exactitude sous l’angle d’une mesure mathématique, et la fiabilité comme la propriété d’une carte qui permet à un utilisateur d’avoir confiance en elle. Il présente enfin une méthode mise au point dans le cadre du projet M
ESH
pour évaluer la fiabilité d’une carte.
Les termes relatifs à la qualité d’une carte sont nombreux : exactitude, fiabilité, précision, valeur, utilité, confiance, etc. Certains de ces termes désignent des notions très subjectives, alors que d’autres évoquent des mesures objectives utilisables dans
266 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? n’importe quelle évaluation. Quelle est la signification de ces termes et comment faut-il les employer ? Un bon point de départ consiste à aborder les notions d’exactitude et d’erreur, de fiabilité et d’incertitude.
L’exactitude est une mesure de la valeur prédictive d’une carte, c’est-à-dire de sa capacité à représenter le monde tel qu’il est dans la réalité. Si une carte arrive à prédire correctement la présence d’un habitat en un point donné, elle est bonne. Sinon, elle est mauvaise.
La fiabilité d’une carte, qui va de pair avec la confiance que l’on peut avoir en elle, est une notion plus subjective qui fait intervenir un jugement sur l’importance relative de plusieurs facteurs : le niveau de détail de l’information, la « distance » entre la carte et la réalité
(quasi-coïncidences), la pertinence de la carte par rapport à sa finalité, etc.
Lorsque l’on utilise une carte, jusqu’à quel point peut-on être confiant que son contenu est fiable ? Lorsque l’on demande un levé, jusqu’à quel point est-on certain que la carte
d’habitats résultante répond aux attentes ? Lorsque l’on produit une carte, comment communiquer aux utilisateurs son exactitude et ses limites ?
Une évaluation de l’utilité d’une carte dépend de la finalité et des utilisations de cette
carte. Une même carte peut être très utile pour donner une vue d’ensemble, mais de peu d’utilité si l’on recherche l’exactitude à un niveau élevé de détail. Quel genre d’information doit accompagner une carte pour préciser les utilisations pour lesquelles elle est conçue ?
Ces questions très délicates font l’objet de ce chapitre du Guide M
ESH
, où l’on aborde les points à considérer afin que les utilisateurs aient des attentes réalistes envers une carte, sans toutefois amoindrir la contribution valable des cartes d’habitats dans le domaine de la planification spatiale en milieu marin. Le projet M
ESH
couvre une gamme extrêmement vaste d’échelles cartographiques. Ce chapitre montre des exemples qui illustrent cette diversité et donne des conseils sur la manière d’évaluer l’exactitude et la fiabilité d’une
carte.
Les cartes d’habitats vont des cartes très générales à échelle globale aux cartes très détaillées à échelle fine. Peu importe leur échelle, les cartes sont très différentes les unes des autres quant à leur fiabilité. Le chapitre 1 « Qu'est-ce que la cartographie des habitats ? » aborde en détail les questions de l’échelle et de la finalité d’une carte.
Cependant, la manière d’évaluer une carte peut être très différente selon l’échelle. Une
carte à échelle globale couvrant un très vaste territoire est produite à partir de multiples sources, et le résultat doit être jugé sur la crédibilité et le processus de combinaison de ces sources. À l’autre extrémité du spectre, une carte à échelle fine d’un petit territoire, produite à partir d’un levé unique, sera jugée sur la précision des données de terrain et l’exactitude des classes d’habitat. Souvent, les opérateurs de terrain ne font aucune
évaluation d’exactitude, et c’est à l’utilisateur de juger du degré de fiabilité d’une carte et du degré de confiance qu’il peut avoir en elle. Ce chapitre aborde l’évaluation des cartes de deux points de vue différents : d’une part, les mesures d’exactitude effectuées par les cartographes, et d’autre part, le jugement des utilisateurs quant à la fiabilité des cartes, qui justifie l’usage que l’on en fait. Ce dernier point est particulièrement important, car souvent des cartes produites à certaines fins sont utilisées par d’autres personnes pour des applications différentes.
Ce chapitre commence par une discussion générale sur les notions d’exactitude et de
fiabilité. Il aborde ensuite les questions liées aux mesures d’exactitude et à leur
interprétation : si une carte est inexacte, qu’est-ce que cela entraîne ? Suit une discussion sur le degré de confiance qu’un utilisateur devrait avoir en une carte, avec une description de la méthode du projet M
ESH
pour l’évaluation de la fiabilité d’une carte. Les partenaires du projet M
ESH
ont mis au point un système multicritère facile à utiliser pour évaluer la
fiabilité d’une carte d’habitats benthiques. Cette méthode a été élaborée pour aider à déterminer le degré de confiance que l’on peut avoir envers les cartes d’habitats affichées dans le SIG webGIS de M
ESH
. Enfin, c’est par le succès de son utilisation que l’on peut le
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 267 mieux juger une carte. La carte s’avère-t-elle utile ? Les prédictions qu’elle donne de la répartition des habitats sont-elles suffisamment correctes par rapport à la finalité de la
carte ? La dernière section de ce chapitre aborde brièvement ces questions.
5.1 - Qu’est-ce que l’exactitude ?
Dans le domaine de la cartographie des habitats, l’exactitude est une mesure de la valeur
prédictive d’une carte, c’est-à-dire de sa capacité à représenter le monde tel qu’il est dans la réalité. L’erreur est une mesure de l’inexactitude, c’est-à-dire de l’écart entre la carte et la réalité. L’exactitude et l’erreur se mesurent de manière mathématique à partir des succès et échecs, autrement dit des prédictions correctes et erronées de la carte. Il est à noter que cette définition de l’exactitude met l’accent sur la prédiction d’une classe d’habitat en un point (d’une carte au trait) ou en un pixel (d’une carte maillée). En d’autres termes, l’exactitude a deux aspects – la bonne classe au bon endroit. Cette notion est souvent désignée par le terme exactitude classificatoire (les données du point X sont-elles positionnement. Par exemple, les frontières entre habitats adjacents sont-elles situées au bon endroit ? Autrement dit, un changement d’habitat prédit par la carte correspond-il à la frontière entre les deux habitats dans la réalité ?
L’exactitude est l’un des critères possibles d’évaluation de la fiabilité d’une carte.
Cependant, une mesure mathématique stricte de l’exactitude peut être trompeuse, en particulier lorsque l’on compare deux ou plusieurs cartes. Par exemple, une carte peut classer les habitats d’un territoire en habitats rocheux ou sableux et représenter ces deux
classes avec un degré très élevé d’exactitude. Une autre carte peut représenter ces mêmes habitats comme une mosaïque de plusieurs types différents d’habitats rocheux ou sableux. La seconde carte risque d’être beaucoup moins exacte, mais contient davantage d’information utile qui permet un certain degré d’erreur. Ce dernier point est important, car il souligne l’intervention du jugement de l’utilisateur pour laisser place à une certaine inexactitude. Un utilisateur peut donc avoir davantage confiance en l’information contenue dans la seconde carte, qui est pourtant moins exacte. Le problème vient du fait que, même si de nombreuses mesures d’exactitude sont mathématiquement fondées, elles laissent de côté la question centrale de la confiance qu’inspire une carte. Une même mesure appliquée à différentes cartes risque de donner une impression erronée de leur degré relatif de « succès ».
En fait, il y a souvent un compromis entre contenu en information et exactitude d’une
carte : une carte qui montre un grand nombre de classes sur un thème particulier contient plus d’information qu’une carte qui ne représente qu’un petit nombre de classes ; par contre, le degré d’inexactitude quant à la prédiction de la répartition des habitats risque d’être plus élevé si le nombre de classes est grand.
268 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ?
Schéma de l’importance relative de la généralisation et des détails en fonction de l’échelle d’une carte
Echelle de fine à globale
5.1.1 - Qu’entend-on par exactitude et inexactitude ?
Il est intéressant de suivre les étapes de la production d’une carte pour voir l’origine des
éléments d’exactitude ou d’inexactitude, car cela met en lumière certains principes importants en matière de cartographie et d’exactitude, qui éclaireront les notions présentées plus loin.
1
ère
étape : déduction des relations entre les données de terrain et les données de télédétection. Comme ces relations ne sont pas parfaites, les tendances générales qu’elles indiquent sont susceptibles de variations appelées souvent à tort « marge d’erreur ».
2 e
étape : application des relations ci-dessus à l’ensemble des données de télédétection.
Cette étape et la précédente sont nécessaires, parce que seule une très petite proportion du territoire est échantillonnée et que la carte d’habitats repose en fait sur ces relations.
Par contre, à cause de la variabilité de ces relations, il y aura forcément des écarts entre les prédictions et la réalité.
3 e
étape : mesure de l’« erreur » correspondant à la magnitude des variations par rapport
à la tendance. Si cette magnitude est mesurée à l’aide des données de terrain, l’exactitude est dite interne.
4 e
étape : Si cette même magnitude est mesurée à l’aide de données de validation externes indépendantes du processus de modélisation, l’exactitude est dite externe.
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 269
Variations et erreur
Si les valeurs prédites appartiennent à des grandeurs continues (telles que le contenu en silt par rapport à la profondeur), les écarts entre les prédictions et la réalité sont perçus comme des variations. Par contre, les prédictions d’une carte d’habitats portent sur des catégories. Malheureusement, les variations correspondent alors à des classes différentes des prédictions et sont facilement perçues comme des « erreurs ». Qu’entendon par une prédiction correcte (ou erronée) dans le cas d’une carte qui porte sur des catégories ? Examinons deux notions liées aux relations entre les prédictions et la réalité : la fidélité et l’exclusivité.
Fidélité
Un type d’habitat est-il présent uniquement dans certaines conditions environnementales bien précises (autrement dit, est-il fidèle à ces conditions ?) ou s’il peut être présent ailleurs ? Évidemment, plus il y a de variations entre les prédictions et la réalité, moins la relation entre les prédictions et la réalité est fidèle.
Exclusivité
Le type d’habitat prédit est-il le seul présent (autrement dit, la relation entre l’habitat et les conditions du milieu est-elle exclusive ?) ou d’autres types d’habitats peuvent-ils aussi
être présents dans les mêmes conditions ? On oublie souvent l’exclusivité lorsque l’on déduit une relation entre un habitat et un paramètre environnemental dont il dépend.
Cette relation peut être très forte, mais être également valable pour un autre type d’habitat, de sorte qu’il pourrait être difficile de faire la distinction entre les deux types d’habitats.
Valeur prédictive
Qu’entend-on par valeur prédictive ? À strictement parler, cela consiste à considérer une
carte comme un ensemble d’hypothèses sur ce qui sera présent à chaque endroit. Plus les prédictions d’une carte sont conformes à la réalité, plus grande est sa valeur
prédictive. Évidemment, si la corrélation entre un type d’habitat et les conditions du milieu est faible, la valeur explicative d’un test statistique (c’est-à-dire sa capacité à expliquer les tendances observées à l’intérieur des données) est médiocre. Par contre, ce n’est pas parce qu’un test statistique a une grande valeur explicative (autrement dit, qu’il y a une forte corrélation entre une variable explicative, par exemple le pourcentage de silt, et un type d’habitat donné) que le modèle statistique est adéquat pour prédire la présence
270 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? d’habitats, en particulier lorsque ceux-ci n’ont pas une relation exclusive avec la variable explicative (plusieurs types d’habitats peuvent avoir une forte corrélation avec le pourcentage de silt, et dans ce cas, lequel est présent là où il y a beaucoup de silt ?).
De plus, une relation valable dans certaines parties d’une carte ne l’est pas nécessairement dans d’autres. Cela peut venir par exemple d’un biais d’échantillonnage coïncidant avec les tendances spatiales de facteurs explicatifs qui n’ont pas été modélisés, de sorte que la valeur prédictive de la carte est dans l’ensemble médiocre.
Erreur spatiale
Considère-t-on qu’une prédiction est fausse si l’habitat prédit n’est pas présent en un point précis ? Ou sera-t-on satisfait si on trouve cet habitat à une distance raisonnable de ce point ? Les frontières tracées autour des habitats peuvent occuper une proportion non négligeable de la surface totale du territoire levé (penser aux chemins tracés autour d’un jardin). Cette proportion augmente avec la diminution de la surface des habitats
(hétérogénéité) et avec la largeur des frontières (les « chemins »). Il est également inévitable que les zones frontières soient les lieux possibles de la plus grande incertitude.
Cela risque donc d’affecter l’impression d’erreur que laisse une carte. Des zones hétérogènes sont beaucoup plus susceptibles de donner des erreurs que des zones homogènes. Il faut donc considérer le degré d’hétérogénéité dans l’interprétation d’une mesure d’erreur.
Probabilité
Comment peut-on le mieux exprimer des prédictions ? On exprime couramment des
prédictions sous forme de probabilités ou de « chances ». Dans son sens le plus faible, si l’on dit que la présence d’un habitat à un endroit donné est très probable, on peut simplement exprimer ce que l’on croit à partir de l’expérience et de l’observation (comme dans le cas de l’inspection visuelle par un expert d’une image de sonar à balayage latéral). Une expression statistique de la probabilité est fondée sur une analyse des données disponibles. Sa valeur est comprise entre 0 (pour un événement impossible) à 1
(pour un événement certain). Une carte peut montrer la probabilité d’occurrence d’un
habitat. Une même carte ne peut toutefois donner ces probabilités pour tous les habitats, parce que plusieurs habitats peuvent avoir une certaine probabilité d’être présents à chaque endroit. Par conséquent, la plupart des cartes d’habitats ne montrent que les
habitats dont la probabilité de présence est la plus élevée (voir la sous-section 5.2.4
« Peut-on cartographier l’incertitude ? »). Il est très important de se rappeler que derrière la plupart des cartes d’habitats se cachent des probabilités de présence d’habitats qui sont en concurrence. La carte ne montre que les gagnants !
5.1.2 - Pourquoi les cartes sont-elles inexactes ?
Deux raisons principales expliquent pourquoi une carte peut ne pas très bien correspondre à la réalité. Premièrement, nous sommes limités dans notre manière de représenter le monde réel : les habitats benthiques sont très complexes et présentent de nombreuses facettes, mais pour réaliser une carte, nous devons ramener cette complexité à un petit nombre de classes ou catégories. Souvent, la correspondance entre les observations et les classes n’est pas claire. Cela donne lieu à des ambiguïtés et donc
à d’apparentes discordances entre la carte et les observations. Deuxièmement, le processus de mesure, d’analyse et de cartographie peut être source d’erreurs. Une carte contient à la fois des ambiguïtés et des erreurs. La mesure de l’exactitude fait partie du processus qui consiste à déterminer jusqu’à quel point les structures de distribution cartographiées sont conformes à la réalité, étant donné ce contexte d’ambiguïté et d’erreur. Ambiguïtés et erreurs se combinent donc pour créer de l’incertitude – une
évaluation du manque de fiabilité d’une carte, et donc du degré de confiance qui en découle. Il n’y a pas de manière facile d’évaluer la fiabilité d’une carte. Le but ultime doit
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 271
être de produire des cartes dont le degré de fiabilité soit en rapport avec l’information nécessaire pour que ces cartes servent leur objectif.
Sources d’incertitude
La carte idéale est exacte, très précise, et contient toute l’information requise par les utilisateurs. Par exemple, on s’attend à ce qu’une carte d’état-major à échelle fine montre toutes les structures de fabrication humaine, à leur position exacte et avec une très petite marge d’erreur. Ce n’est pas le cas des cartes d’habitats benthiques ! Celles-ci montrent comment les cartographes perçoivent le fond de la mer en exploitant le mieux possible les données disponibles. Les paragraphes qui suivent décrivent certaines des causes principales d’incertitude.
Erreurs de mesure des données de terrain
Le milieu naturel est extrêmement complexe, et il faut le simplifier considérablement pour le représenter sur une carte. Les objets cartographiés résultent en général d’efforts de notre part pour faire entrer la nature hautement variable du monde dans un nombre gérable de catégories. Ce processus crée inévitablement des ambiguïtés de sources diverses :
– les opérateurs de terrain appliquent de différentes manières un processus de
classification pour enregistrer des données. Les définitions des classes sont vagues, et de nombreux critères se chevauchent d’une classe à l’autre. On peut minimiser les
erreurs en définissant clairement les attributs des classes et en normalisant les protocoles d’affectation de classes aux échantillons. En l’absence de lignes directrices claires, ce processus devient difficile et donne lieu à des interprétations subjectives ;
– l’hétérogénéité sur le terrain est bien réelle. En premier lieu, les caractéristiques des
habitats varient de façon continue et chevauchent souvent deux ou plusieurs classes d’habitat de la typologie ; deuxièmement, en raison de l’hétérogénéité à une échelle
fine, une unité cartographique ou un pixel peut englober plus d’une classe ;
– les observations sont limitées par la technique employée, alors que les classes de la
typologie utilisée sont fondées sur une information plus complète. Par exemple, une observation vidéo ne donne pas une information complète sur l’endofaune, et elle est donc classée uniquement en fonction de la faune visible.
On n’insistera jamais assez sur le fait que des mesures médiocres de propriétés des
échantillons peuvent compromettre l’interprétation de données de télédétection. Cela est particulièrement vrai lorsque les attributs en question sont des classes d’habitat et que l’analyste doit décider de la meilleure correspondance entre un échantillon et une
typologie.
Interprétation subjective des frontières
De nombreux habitats ont des frontières progressives ou diffuses et sont donc susceptibles d’interprétation subjective de la part du cartographe (dans le cas de la
cartographie directe) ou de différences d’interprétation visuelle des images (p. ex. les images d’un sonar à balayage latéral).
Variations inhérentes aux systèmes de télédétection
Toutes les techniques de télédétection ont une variabilité intrinsèque qui dégrade leur capacité à distinguer des structures au sol. Les variations peuvent également provenir de la distorsion dans les appareils vidéo ou de la manière dont différentes bennes de même type « mordent » dans le fond de la mer, ce qui cause des erreurs d’observation.
L’étalonnage de l’équipement est une condition essentielle d’exactitude des données, et des instruments mal étalonnés entraînent une exactitude médiocre du rendu cartographique.
272 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ?
Erreurs de position des données de télédétection et de terrain
Les appareils utilisés ont des limites quant à l’exactitude de leur position. La position des
échantillons doit être fournie en entrée du traitement d’images, de sorte que les caractéristiques de l’image puissent être associées aux classes observées sur le terrain.
Les erreurs combinées de position des appareils de télédétection et des données de terrain définissent une « enveloppe » d’erreur spatiale. Par conséquent, même si les données d’une entité cartographique sont très exactes, ses frontières ne peuvent pas être
établies avec une précision absolue. De la même manière, étant donné une position précise, on ne peut pas établir avec une certitude absolue la classe d’habitat qui y est présente.
Erreurs d’analyse
L’analyse est également source d’erreur et d’incertitude, sachant que très souvent les
classes d’habitat ne sont pas directement identifiables par télédétection et que leur présence est déduite par le truchement d’opérations statistiques effectuées sur diverses données et variables observées (cartes intermédiaires). Le traitement d’images peut comporter de nombreuses étapes, depuis l’épuration et l’édition des données jusqu’à l’analyse statistique et la modélisation. Le cheminement adopté par un analyste n’est pas toujours facile à reproduire à cause du nombre de méthodes d’analyse possibles, dont chacune peut avoir plusieurs paramètres différents. On espère que l’analyse effectuée est solide, mais il est toujours possible que l’interprétation soit orientée par des paramètres en apparence insignifiants.
Erreurs liées aux biais d’échantillonnage
Tous les points d’une carte ne sont pas validés. Une carte est fondée sur une certaine stratégie d’échantillonnage, dont les données sont extrapolées à l’ensemble du territoire à partir d’hypothèses sur les relations statistiques entre les échantillons et la « population » qu’ils représentent. Tout échantillonnage risque d’entraîner un biais et des problèmes de sous-représentation. Cela est particulièrement vrai dans le cas des systèmes géographiques, ou le caractère unique de chaque lieu rend très difficile l’établissement d’une stratégie d’échantillonnage.
Erreurs cartographiques
Il y a une limite à ce qu’une carte peut montrer (détails, nombre de classes, résolution), et toute carte constitue dans une certaine mesure une généralisation de l’information. La capacité d’une carte à montrer des détails est déterminée par son échelle. Une carte au
1/2000 permet de représenter des données beaucoup plus fines qu’une carte au
1/200 000. L’échelle impose des restrictions sur le type, la quantité et la qualité des données. Le fait d’agrandir une carte à échelle globale n’accroît pas son degré d’exactitude ou son niveau de détail.
5.1.3 - Les erreurs peuvent s’accumuler !
Les cartographes doivent fournir l’information qui permet aux utilisateurs d’évaluer les marges d’erreur probables. C’est facile dans le cas de certaines mesures, par exemple les positions, que l’on peut donner avec leur marge d’erreur. Il est plus difficile d’évaluer la
variabilité avec laquelle des interprètes ont attribué des classes d’habitat à des
échantillons prélevés sur le terrain, ou encore le caractère subjectif du tracé de frontières des structures sur une image obtenue par télédétection. Même les techniques de
classification automatique (p. ex. analyse de texture, classification supervisée) supposent que les données de terrain ont été catégorisées avec exactitude ou, dans le cas d’une
classification floue, correctement réparties entre diverses catégories. Malgré ces importantes réserves, les mesures d’exactitude permettent-elles de comparer des cartes entre elles ou de disposer d’un étalon universel de mesure de la qualité ?
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 273
La réalisation de certaines cartes comporte une seule étape qui combine des données de télédétection et des données de terrain. Par contre, d’autres cartes exigent une suite complexe d’étapes. Les données de télédétection peuvent dans un premier temps être interprétées sous forme de cartes intermédiaires de sédiments (p. ex. proportion de silt), de pentes, de caractéristiques topographiques, etc., qui sont ensuite jugées représentatives d’un habitat grâce à des relations statistiques avec les habitats. Chaque
étape risque d’entraîner des erreurs qui se combinent et s’accumulent d’une étape à l’autre. On peut élaborer des modèles de ces erreurs. Cependant, un simple examen du taux de réussite de la carte finale comme prédicteur par rapport à un ensemble de données de terrain (idéalement un jeu de données externe au projet) permet de courtcircuiter cette chaîne d’estimation d’erreurs si une mesure empirique d’exactitude suffit et qu’une analyse des sources relatives d’erreur n’est pas nécessaire. La prochaine soussection aborde les méthodes d’évaluation de l’exactitude d’une carte.
5.2 - Comment peut-on évaluer l’exactitude d’une carte ?
On a présenté plus haut l’exactitude comme une mesure mathématique de la capacité d’une carte à prédire correctement le type d’habitat en un point (ou pixel) donné.
Supposons qu’une carte prédise la présence de la classe « A » au point « X » ; si cela est confirmé par l’observation, alors la carte est exacte pour ce point, sinon elle est inexacte pour ce même point. C’est là le fondement de toute mesure d’exactitude. Si la proportion de prédictions erronées est grande, alors la carte est inexacte et risque de ne pas beaucoup inspirer confiance. Pour calculer l’exactitude d’une carte, on superpose les données de terrain (ou mieux encore, les données de validation sur le terrain) et les
prédictions de la carte, et l’on présente les résultats de cette superposition dans une matrice de confusion.
Décompte des succès et échecs - Calcul des indices d’exactitude
Superposition de données de validation sur le terrain et de prédictions d’une carte pour produire une matrice de confusion
274 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ?
Les cellules de la diagonale principale de la matrice contiennent le nombre d’occurrences de la classe correctement prédites par la carte. Les autres cellules donnent le nombre de
prédictions erronées. La mesure de base de l’exactitude est le pourcentage de prédictions correctes. Des mesures plus évoluées tiennent compte de la proportion des prédictions qui pourraient être correctes par « pur hasard ». D’autres méthodes de mesure de l’exactitude sont présentées plus loin.
5.2.1 - Statistiques sommaires sur l’exactitude et les erreurs
En théorie, on devrait pouvoir mesurer l’exactitude absolue d’une carte à l’aide de statistiques sur les prédictions correctes et erronées : un pixel ou un polygone correspond ou non à un échantillon de validation sur le terrain. L’analyste doit ensuite expliquer les inexactitudes et, si possible, améliorer la procédure de production de la carte pour en améliorer l’exactitude (sans trucage !). Le principal outil à sa disposition est une matrice de confusion.
Une matrice de confusion est facile à construire dans le cas de données matricielles (ou données maillées) : on superpose l’image des échantillons de validation et la carte
d’habitats, en supposant que les deux aient les mêmes dimensions et le même format, et l’on fait une comparaison pixel par pixel de la partie des deux images qui se superposent.
La plupart des SIG et logiciels de traitement d’images peuvent construire la matrice de confusion et donner des mesures standard d’exactitude.
La matrice de confusion est une matrice de N × N, où N est le nombre de classes.
Chaque ligne correspond à une classe des données de validation, et chaque colonne correspond à une classe de la carte. Chaque cellule de la matrice contient le nombre de
pixels de la classe des données de validation contenus dans la classe prédite par la carte.
Les cellules de la diagonale principale correspondent aux prédictions correctes (qui coïncident avec la réalité), et les autres cellules aux prédictions erronées. Les erreurs d’omission, où une classe d’habitat est présente à un pixel donné, mais non prédite par la
carte, sont situées sur les lignes (à l’exception des cellules de la diagonale principale).
Les erreurs de commission, où une classe d’habitat est prédite par la carte, mais absente
à un pixel donné, sont situées sur les colonnes (à l’exception des cellules de la diagonale principale).
À partir de la matrice de confusion, on obtient certaines statistiques sommaires sur l’exactitude et les erreurs d’une carte :
– pourcentage d’exactitude : somme des cellules de la diagonale principale, divisée par le nombre total de pixels superposés, le tout multiplié par 100 ;
– erreurs d’omission (pour une ou plusieurs classes) : somme des cellules de la ou des lignes correspondant aux classes en question, en excluant les cellules de la diagonale principale ;
– exactitude du producteur (pour une classe d’habitat) : nombre de pixels d’une classe correctement prédits, sur le nombre total de pixels de cette classe dans les données de validation ;
– erreurs de commission (pour une ou plusieurs classes) : somme des cellules de la ou des colonnes correspondant aux classes en question, en excluant les cellules de la diagonale principale ;
– exactitude du consommateur (pour une classe d’habitat) : nombre de pixels d’une
classe correctement prédits, sur le nombre total de pixels de cette classe dans la
carte ;
– exactitude moyenne : somme des exactitudes du producteur de chaque classe, divisée par le nombre de classes ;
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 275
– coefficient kappa (et autres statistiques semblables) : pourcentage d’exactitude corrigé pour tenir compte des prédictions correctes par l’effet du hasard (préférable au pourcentage d’exactitude).
Lanice
Nephtys
Abra
Sabella discifera
Sabellaria
Reef
Sabella pavonina
Ensis
Ophiura
Modiolus
0
7
0
0
0
20
7
0
0
0
11
232
7
12
11
11
1
0
12
0
0
0
0
0
16
25
0
0
11
0
0
0
0
0
17
1
4
0
0
0
125
38
0
7
7
0
4
0
8
0
16
58
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
8
0
0
0
7
0
0
0
8
0
0
0
0
0
0
8
0
0
7
0
0
5
0
0
0
0
22
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
21
0.25
Error of commission for Sabellaria
0.34
Exemple de matrice de confusion produite en comparant des données de validation aux prédictions d’une carte
Dans l’exemple ci-dessus, les prédictions vérifiées par les données de validation sont comptabilisées dans les cellules de la diagonale principale, en rose. Les erreurs d’omission sont dans les cellules d’une ligne qui n’appartiennent pas à la diagonale principale. Dans l’exemple, les cellules en jaune montrent les pixels qui auraient dû être classés comme Sabellaria, mais pour lesquels d’autres types d’habitat ont été prédits.
L’erreur est indiquée à droite de la matrice sous forme d’une fraction. Les erreurs de commission sont dans les cellules d’une colonne qui n’appartiennent pas à la diagonale principale. Dans l’exemple, les cellules en bleu montrent les pixels dont l’habitat prédit
était Sabellaria, mais qui appartenaient en fait à d’autres types d’habitat. L’erreur est indiquée en bas de la matrice sous forme d’une fraction. Dans l’exemple ci-dessus, le pourcentage d’exactitude est de 71 %, et le coefficient Kappa de 0,68 (où 1 signifie une correspondance parfaite, et 0 une répartition aléatoire). Noter que dans cet exemple, la matrice de confusion indique que les habitats de Sabellaria sur des récifs et autres substrats sont les plus susceptibles d’être confondus (voir la ligne en jaune et la colonne en bleu). On pourrait s’attendre à cela étant donné le peu de différence entre ces deux types d’habitat.
5.2.2 - Données de terrain et de validation, et le dilemme du cartographe
Données de validation et exactitude externe (ou exactitude d’essai) – La matrice de confusion standard présentée ci-dessus donne l’exactitude externe (ou exactitude d’essai) parce que l’exactitude de la carte a été évaluée à l’aide de données externes de validation. Il est important que ces données
n’aient pas servi à construire la carte et qu’elles répondent à la définition de données de validation sur le terrain. Il s’agit d’un test de la valeur prédictive d’une carte.
Données de terrain et exactitude interne (ou exactitude d’apprentissage) – Ce type d’exactitude est mesuré à partir de données de terrain qui ont également servi à construire la carte. C’est la méthode la plus répandue d’évaluation de l’exactitude d’une
carte, à cause du dilemme du cartographe (voir plus loin). La carte et les données de
276 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? terrain ne sont évidemment pas indépendantes, et l’on obtient une mesure qui exagère généralement l’exactitude de la carte. À strictement parler, il s’agit d’une mesure de la corrélation entre les données de terrain et les données de télédétection, ou encore une mesure de la valeur explicative d’une carte. Ce n’est pas une mesure de la valeur
prédictive d’une carte. Cependant, lorsque les données de terrain sont nombreuses, l’exactitude interne et l’exactitude externe convergent parce qu’il est moins probable d’avoir des conditions où l’on n’a pas déjà constaté la corrélation entre le type d’habitat et les variables du milieu. (À noter toutefois que ce n’est pas toujours le cas : un grand nombre d’échantillons peut aussi donner des corrélations plus faibles si ces échantillons sont répartis sur des tendances à échelle globale qui n’ont pas été prises en considération.)
La mesure de l’exactitude externe constitue la meilleure méthode d’évaluation de l’exactitude, mais elle est souvent difficile à réaliser en pratique à cause du dilemme du cartographe : dans la plupart des campagnes de levés en mer, les données de terrain sont difficiles à obtenir, et le fait de mettre de côté suffisamment d’échantillons pour la validation n’en laisse pas assez pour construire la carte. L’interprétation de la carte (p. ex. au moyen d’une classification supervisée) risque d’être sérieusement affectée par l’exclusion de ces données. Autrement dit, les avantages de l’exactitude externe risquent d’être moindres que les inconvénients dus à une moins bonne classification. C’est là un dilemme sérieux pour les cartographes de l’environnement marin. On peut faire une mesure de l’exactitude externe en mettant de côté des échantillons de validation, en acceptant toutefois les conséquences négatives que cela aura sur la qualité de la carte.
On suggère de mettre de côté environ 20 % des échantillons à cette fin. Le choix des
échantillons à mettre de côté peut se faire de manière aléatoire, ou mieux encore de manière aléatoire stratifiée, pour que l’on puisse disposer d’un nombre suffisant d’échantillons de chaque type pour la classification.
Une méthode plus évoluée consiste à mettre de côté une plus petite proportion des données pour la validation, à faire la classification, puis à remettre ensemble toutes les données, à faire une autre sélection de données à mettre de côté, puis à refaire la
classification, et ainsi de suite jusqu’à ce qu’un nombre suffisant d’itérations aient été effectuées pour calculer l’exactitude et les variations pour chaque classe d’habitat. Cette technique dite du canif demande beaucoup de calculs et doit être considérée comme un outil de recherche davantage que comme une méthode standard de cartographie.
5.2.3 - Cartographier la confusion entre classes – cartes « floues »
Les classes d’habitat présentent souvent des chevauchements considérables des conditions environnementales dans lesquelles elles se présentent. Dans le cas des propriétés acoustiques, il n’est pas toujours possible de distinguer les habitats à partir des caractéristiques de réflectance acoustique. Ces situations sont mises en évidence dans la matrice de confusion, qui est un moyen utile de mesurer les chevauchements de classes dues à la confusion entre leurs signatures respectives.
Comme on pourrait s’y attendre, les chevauchements sont particulièrement marqués entre des habitats semblables. Cela témoigne du fait que le milieu naturel est mieux représenté par des continuums que par des entités discrètes et séparées. Même s’il n’est pas possible de cartographier un tel continuum multidimensionnel, on peut au moins reconnaître les frontières « floues » entre classes d’habitat.
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 277
Comparaison entre l’utilisation d’une classification nette (en haut) et d’une classification floue (en bas). La classification floue permet de voir où d’autres habitats pourraient être présents.
Cela a des implications sur les mesures d’exactitude parce que, au lieu d’être simplement correcte ou erronée, une prédiction peut être presque correcte. Il y a des manières de traiter ce flou, mais cela est complexe à calculer et difficile à représenter clairement. Une matrice de confusion permet de voir les classes d’habitat entre lesquelles il y a confusion ainsi que le degré de confusion entre ces classes. Même si cela est instructif, il n’est pas facile d’incorporer une quantification du flou dans une évaluation de l’exactitude ou de la
fiabilité d’une carte.
La carte du haut fait appel à une classification nette et ne montre en chaque point que la
classe la plus probable. La carte du bas montre en plus des seconds choix (lorsque leur
278 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ?
probabilité est élevée) sous forme d’une couche hachurée. Cette seconde carte donne plus d’information, mais est-elle plus facile à lire ? On peut améliorer la valeur prédictive d’une carte en utilisant des procédures floues qui autorisent des situations de doute, mais le fait d’autoriser un trop grand nombre de telles situations risque d’affecter la fiabilité de la carte.
5.2.4 - Peut-on cartographier l’incertitude ?
Les matrices de confusion donnent des statistiques générales d’erreur pour toute la carte ainsi que pour chaque classe. Ces statistiques s’appliquent toutefois à l’ensemble de la
carte et ne montrent aucune variation géographique. Une carte floue montre, quant à elle, les tendances géographiques de l’incertitude (dans l’exemple ci-dessus, on sait qu’il y a une incertitude là où la classe la plus probable est recouverte de hachures). Y a-t-il d’autres moyens de représenter divers degrés d’incertitude sur une carte ?
Les techniques de traitement d’images fournissent un moyen de faire cela. Au paragraphe
« Classification supervisée à l’aide d’outils de traitement d’images » (p. 241) du chapitre 4 « Comment réalise-t-on une carte ? », on explique que lorsque l’on applique les signatures des classes d’habitat aux couches de données matricielles, les pixels se voient attribuer une classe en fonction de la probabilité la plus élevée. Cette probabilité est tirée des probabilités calculées pour toutes les classes d’habitat à chaque pixel. Dans le cas d’une classification ordinaire, les différentes probabilités ne sont pas visibles. On peut toutefois les visualiser sous forme de couches individuelles, à raison d’une par classe d’habitat. On peut aussi les utiliser pour déterminer le degré de certitude avec lequel chaque pixel est classifié (plus les probabilités sont réparties également entre les classes, plus le degré de certitude est faible). On peut ainsi construire une carte montrant pour chaque pixel le degré de certitude, qui va de 0 (toutes les classes ont la même
probabilité) à 1 (une classe a une probabilité de 1, et toutes les autres une probabilité nulle).
Exemples de cartes montrant la probabilité d’occurrence de divers types d’habitat
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 279
5.2.5 - Techniques statistiques de corrélation
De nombreuses techniques statistiques permettent de modéliser la dépendance de certaines variables par rapport à d’autres (p. ex. le pourcentage de sable par rapport à la profondeur). Mentionnons entre autres la régression linéaire et les techniques géostatistiques (fondées sur le krigeage). Les variables dépendantes peuvent à leur tour servir à modéliser la répartition d’espèces ou de types d’habitat particuliers si l’on montre que ces variables environnementales représentent de manière adéquate ces types d’habitat.
Les modèles couronnés de succès réduisent les écarts des résidus des données réelles par rapport aux valeurs prédites. Par conséquent, l’estimation de l’erreur (l’opposé de l’exactitude) est intégrée au processus de modélisation. Ces techniques sont appropriées pour déduire la meilleure carte de répartition des variables environnementales importantes d’un point de vue biologique, qui servent d’intrants pour les modèles d’habitats. Même si elles jouent un rôle important dans l’évaluation de la qualité des modèles, ces techniques ne sont pas directement applicables aux cartes de classes d’habitat. C’est pourquoi elles sont plutôt présentées à la sous-section « La modélisation dans la cartographie des habitats » (p. 197) du chapitre 4
« Comment réalise-t-on une carte ? »
5.2.6 - Techniques de segmentation
De nombreuses techniques automatisées considèrent une ou plusieurs variables et segmentent un territoire selon des combinaisons remarquables de caractéristiques (ce sont en général des techniques multivariées). La prochaine étape du processus de
classification consiste à mesurer la corrélation entre les données de validation et les types de terrain ainsi définis. Contrairement aux techniques de mesure supervisée, où les données de terrain ne peuvent pas servir à mesurer l’exactitude externe, la mesure non supervisée doit se servir de la force de la corrélation pour justifier les classes de la carte
d’habitats. Comme dans le cas des techniques précédentes, les mesures d’exactitude font partie du processus de modélisation.
Méthode de mesure non supervisée de l’exactitude
Méthode de mesure supervisée de l’exactitude
280 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ?
Même si cela semble un avantage décisif des techniques de mesure non supervisée sur les techniques de mesure supervisée, on peut remettre en question l’hypothèse selon laquelle les groupes définis par le processus automatique sont clairement en relation avec les biotes.
5.3 - Comment interpréter une évaluation de l’exactitude ?
Étant donné la complexité du domaine de la mesure de l’exactitude, il ne suffit
évidemment pas de dire qu’exactitude égale utilité. L’exemple ci-dessous montre deux versions d’une même carte : l’interprétation des données a produit une douzaine de
classes d’habitat. Certaines d’entre elles sont de la catégorie des récifs (affleurements de rochers et de blocs), et les autres sont des habitats sédimentaires. Si l’on regroupe les diverses classes en ces deux catégories, l’exactitude augmente considérablement. Cela peut sembler évident. La première carte est moins exacte parce que, à titre d’exemple, il est plus difficile de faire la distinction entre une forêt et une prairie de Laminaires qu’entre un habitat rocheux et un habitat sédimentaire. Il est très possible que des gestionnaires veuillent simplement savoir où il y a des récifs. Par contre, la carte de gauche est beaucoup plus riche d’information sur la répartition des habitats récifaux, et un certain degré de confusion peut être acceptable, en particulier entre des habitats semblables.
Une carte qui contient moins de classes peut être plus exacte, mais probablement moins utile pour l’utilisateur.
La carte de droite est plus exacte, mais est-elle plus utile ? Dans l’interprétation et l’analyse d’un jeu de données, il faut généralement faire un compromis entre exactitude et contenu en information. À un extrême, l’interprétation peut viser à montrer des variations subtiles qui ne sont tout simplement pas appuyées par les données. À l’autre extrême, les
habitats sont si généraux que l’information est presque toujours inutile. Au lieu de mesurer l’exactitude d’une carte, on peut évaluer la fiabilité de la carte pour une finalité particulière.
La section 5.4 « Jusqu’à quel point peut-on avoir confiance en une carte ? » aborde l’évaluation de la fiabilité d’une carte ; elle est suivie de la section 5.5 qui présente « la méthode M
ESH
d’évaluation de la fiabilité d’une carte ».
5.4 - Jusqu’à quel point peut-on avoir confiance en une carte ?
Appliquée à une carte résultant d’un seul levé, la mesure de l’exactitude permet aux parties prenantes d’indiquer quelle est la valeur prédictive de la carte. Il devrait toutefois
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 281 ressortir clairement de la discussion qui précède à propos de l’exactitude que l’interprétation des mesures d’exactitude pose des difficultés. Ces difficultés se multiplient lorsqu’une carte d’habitats est produite à partir de données de nombreuses sources différentes. On pourrait arriver à évaluer l’exactitude des cartes servant d’intrants, mais les cartes publiées sont rarement accompagnées de mesures de leur exactitude et n’ont peut-être même pas fait l’objet de telles mesures. Il est possible d’évaluer l’exactitude de la carte finale à échelle globale en mesurant sa valeur prédictive par rapport à un jeu de données d’essai. Les résultats risquent toutefois de ne pas être particulièrement significatifs ni faciles à interpréter.
Une évaluation de la fiabilité constitue une autre manière de juger de l’utilité d’une carte.
C’est une évaluation de nature plus subjective qui repose sur un certain nombre de critères différents. Elle peut être faite par un utilisateur, par un simple examen de la carte
d’habitats, ainsi que des rapports et des cartes auxiliaires qui l’accompagnent, au regard de critères représentatifs d’une norme de cartographie. Ces critères peuvent se présenter sous forme d’une liste de vérification ou de questions. La carte publiée contient-elle des renseignements sur les sources de la carte et de ses données ? S’il y a un rapport, celuici indique-t-il clairement comment la carte a été produite ?
La carte contient-elle des renseignements de base tels que :
* Echelle
* Système de coordonnées
* Grille
* Date de compilation
* Auteurs
* Plan de niveau
* Légende
Les données d’origine sontelles illustrées ?
Le processus d’analyse et d’interprétation est-il clair ?
Les étapes cruciales de l’interprétation sont-elles indiquées ?
Y a-t-il une forme de mesure d’exactitude ou d’incertitude ?
S’il y a un rapport, celui-ci indique-t-il clairement comment la carte a été produite ? Par exemple, le rapport contient-il une certaine mesure de l’exactitude (image de droite) ?
282 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ?
Les cartes interprétées montrent souvent une partie des données d’origine. À titre d’exemple, les cartes de sédiments benthiques de la Commission géologique britannique ont en cartouche des cartes qui montrent l’emplacement des prélèvements à la benne, des carottages, ainsi que les cheminements des levés. La densité et la répartition des données de terrain donnent une très bonne indication de l’incertitude probable liée à l’interprétation. Les cartes à couverture totale des données de télédétection devraient
également être montrées. Souvent, la préparation de ces cartes fait intervenir une certaine forme de traitement des données. Par exemple, les données ponctuelles des
SACLAF font généralement l’objet d’interpolations pour produire une couverture pseudototale. C’est une bonne pratique de fournir une carte des données originales montrant la valeur des données ponctuelles. L’interpolation peut introduire dans les données des artefacts qui sont souvent manifestes lorsque l’on compare les données ponctuelles aux résultats de l’interpolation.
Il est également utile de représenter le processus de production de la carte sous forme d’un organigramme montrant les étapes cruciales du traitement des données et de la modélisation. Cela amène l’utilisateur à examiner attentivement ces étapes pour voir où des erreurs auraient pu se glisser dans le processus. Ces cartes et organigrammes auxiliaires font souvent partie des rapports des levés originaux et ne sont pas nécessairement accessibles aux utilisateurs. Si le rendu cartographique sert à prendre des décisions qui dépendent fortement des détails d’une carte d’habitats, les utilisateurs doivent tenter d’examiner la totalité du rapport, et non seulement la carte interprétée finale.
5.4.1 - Y a-t-il une manière structurée d’évaluer la fiabilité d’une carte ?
En partant d’une simple liste de vérification et d’une inspection des cartes auxiliaires disponibles, on peut élaborer une méthode structurée d’évaluation faisant appel à plusieurs critères. La synthèse de ces critères en une évaluation globale requiert un jugement sur la pondération et la combinaison des notes obtenues pour les différents critères. La pondération peut servir à modifier l’évaluation lorsque la finalité pour laquelle la carte est évaluée change. Par exemple, l’information sur la répartition des biocénoses est importante pour la gestion de la conservation, mais non pour la sécurité de la navigation.
Par rapport à une évaluation éclairée mais non structurée, un processus systématique présente l’avantage de la transparence ; il permet de comparer les évaluations de plusieurs cartes et d’utiliser celle qui est jugée la meilleure. D’autre part, avec la publication des critères, les auteurs de cartes d’habitats sont en mesure de veiller à ce que les données pertinentes soient incluses en vue de l’évaluation de la fiabilité de leurs
cartes.
Une méthode multicritère utilisée dans le cadre du projet M
ESH
est décrite en détail ci-dessous. Cette méthode a été élaborée pour faciliter la détermination de la fiabilité des
cartes d’habitats affichées dans le SIG webGIS de M
ESH
. Ce SIG contient des cartes anciennes aussi bien que récentes. Les partenaires du projet M
ESH
ont examiné et regroupé les divers facteurs qui affectent la fiabilité d’une carte et ont mis au point une méthode d’évaluation. Le processus d’évaluation vise à répondre à trois questions principales :
1. Quelle est la qualité de la télédétection ?
2. Quelle est la qualité de la campagne de terrain ?
3. Quelle est la qualité de l’interprétation des données ?
Le choix de ces questions est dû au fait que le projet M
ESH
préconise la création de
cartes d’habitats par l’interprétation de données de télédétection et de données de terrain.
La prochaine section présente les critères de réponse à ces questions.
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 283
5.5 - La méthode M
ESH
d’évaluation de la fiabilité d’une carte
Cette section décrit la méthode mise au point dans le cadre du projet M
ESH
pour l’évaluation systématique de la fiabilité d’une carte. L’équipe du projet M
ESH
a compilé de nombreuses cartes produites à différentes fins, sur une période de plusieurs années, à l’aide d’un grand nombre de techniques différentes et à partir d’une variété de sources.
Dans bien des territoires, des cartes se chevauchent, et les utilisateurs ont besoin de savoir à quelles cartes ils peuvent davantage se fier. Ce guide sera en outre utile pour les auteurs de futures cartes puisqu’ils pourront déterminer les facteurs susceptibles d’en augmenter ou diminuer la fiabilité. La fiabilité a plusieurs aspects, et toute évaluation risque d’être très subjective et liée à la personne qui fait l’exercice. Évidemment, s’il faut pouvoir comparer des cartes, l’évaluation doit être aussi objective que possible.
Les partenaires du projet M
ESH
ont décidé de concevoir un système d’évaluation de la
fiabilité et d’enregistrer les facteurs de confiance sous forme de nouvelles métadonnées, afin qu’elles soient accessibles avec les métadonnées de base qui décrivent chaque
carte. Les métadonnées déjà compilées dans le cadre du projet n’étaient pas suffisamment détaillées pour prendre des décisions objectives à propos de divers aspects de la fiabilité d’une carte. La méthode M
ESH
d’évaluation de la fiabilité d’une carte a pour but de visualiser dans le SIG webGIS de M
ESH
une note globale de fiabilité calculée à partir de la description des programmes de cartographie, en les reliant à un jeu complet de notes détaillées afin que le processus d’évaluation demeure transparent. Les notes globales de fiabilité servent à comparer rapidement des cartes, alors que les notes détaillées permettent aux utilisateurs de voir pourquoi une carte a obtenu une note plus
élevée qu’une autre. Un barème de notation fondé sur plusieurs critères permet aussi aux planificateurs des levés de prévoir l’effet des modifications de certains paramètres sur la qualité globale d’un levé. Autrement dit, un tel barème peut servir d’outil de planification.
La méthode M
ESH
constitue un compromis entre l’exhaustivité d’une part, et la facilité de compréhension et d’utilisation d’autre part. Il ne fait pas de doute que de nombreux critères ont été laissés de côté, et les notes attribuées à chaque carte peuvent être remises en question. Ce système n’est pas conçu pour détecter des différences subtiles entre cartes, mais plutôt pour donner une évaluation simple et solide. Même si une note attribuée pour un critère précis est contestable, cela n’aura pas beaucoup d’effet sur la note globale attribuée à une carte. Même si l’on peut critiquer la conception et le fonctionnement de la notation multicritère, au moins la méthode est exposée au grand jour, car les points de décision sont clairement définis et s’accompagnent de conseils visant à normaliser l’attribution de notes par des personnes différentes.
5.5.1 - Conception de l’évaluation M
ESH
de la fiabilité d’une carte
La conception de l’évaluation M
ESH
de la fiabilité d’une carte suit la méthode générale de
cartographie des habitats préconisée dans ce Guide, qui comprend essentiellement trois parties : la campagne de terrain, la télédétection et l’interprétation des données. Les critères d’évaluation sont donc répartis en trois groupes :
Les deux premiers groupes se rapportent à l’acquisition des données, et le troisième à leur interprétation. Chaque groupe comporte un certain nombre de critères (ou facteurs).
La carte évaluée reçoit une note pour chaque critère, et ces notes sont combinées pour donner une note d’ensemble pour chaque groupe, puis une note globale pour la carte.
¾
Notation de chaque critère : Une note de 0 à 3 est attribuée pour chaque critère, selon l’échelle suivante : 0 = tâche non accomplie ; 1 = tâche accomplie à un faible niveau de qualité ou à un niveau de qualité inconnu (implicitement équivalent à un faible niveau de qualité) ; 2 = tâche accomplie à un niveau de qualité moyen ; 3 = tâche accomplie à un niveau élevé de qualité.
284 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ?
¾
Notation de chaque groupe : La note d’un groupe est calculée en additionnant les notes attribuées pour chaque critère, sur un maximum possible de 100.
¾
Pondération : Sauf indication contraire, chaque critère d’un groupe contribue de manière égale à la note globale pour le groupe. Cela n’est toutefois pas toujours approprié, puisque certains critères peuvent être plus importants que d’autres. L’outil d’évaluation permet d’attribuer à chaque critère une valeur de pondération. Cette fonction est utilisée avec parcimonie, et les valeurs de pondération ne doivent normalement pas être modifiées. Ces valeurs vont de 1 à 6, la plupart des critères ayant une pondération de 3. Il y a toutefois un domaine dans lequel la pondération a servi à ajuster l’importance relative des critères : dans le cas de données de terrain, on a considéré que les données biologiques sont plus importantes que les données physiques, puisque dans le cadre du projet M
ESH
, la cartographie des habitats met l’accent sur l’aspect biologique davantage que purement physique des habitats. Pour cette raison, la pondération des techniques d’acquisition des données de terrain est de 6 pour les données biologiques, contre 2 pour les données physiques. Chaque utilisateur peut ajuster les valeurs de pondération selon ses objectifs précis, mais cela doit toujours être justifié.
¾
Note globale : L’outil d’évaluation calcule une note pour chaque groupe de critères, ainsi qu’une note globale sur 100 qui est la moyenne des notes obtenues pour chacun des trois groupes.
Ce barème de notation pourrait être plus complet (par l’ajout d’autres critères) et plus sophistiqué (par l’emploi d’une échelle continue plutôt que de valeurs 0, 1, 2, 3), mais il a l’avantage d’être simple et transparent. L’expérience montre que les discussions qui entraînent de petits ajustements sur certains critères ne font pas une grande différence pour ce qui est de la note globale.
Le barème de notation a été élaboré après la conception du catalogue des métadonnées de M
ESH
. Il a donc fallu modifier la structure de la base de données pour répondre aux exigences du barème de notation. Quand est venu le temps d’essayer d’évaluer la fiabilité d’une carte à partir des métadonnées existantes, on s’est rendu compte à plusieurs reprises qu’il manquait de l’information pour attribuer une note pour certains critères.
Toute l’information contenue dans les métadonnées était textuelle et en format libre, ce qui aurait rendu toute évaluation très subjective. Pour surmonter cet obstacle, on a décidé qu’un barème de notation numérique et transparent était la clé de l’évaluation de la
fiabilité d’une carte. On a donc mis au point à cette fin des métadonnées qui ont été ajoutées aux normes M
ESH
relatives aux métadonnées (sous forme d’un onglet supplémentaire dans le classeur, importé dans le catalogue des métadonnées de M
ESH sous forme d’un lien vers un tableau). Une évaluation de fiabilité est en cours pour chaque entrée correspondant à une carte d’habitats benthiques.
Parmi les cartes d’habitats benthiques compilées par l’équipe du projet M
ESH
, il y en a qui se chevauchent dans certain territoires ; pour créer une couche unique de cartes traduites, il faut décider des cartes à utiliser dans les territoires où il y a chevauchement.
L’une des premières applications de l’outil M
ESH
d’évaluation de la fiabilité d’une carte a
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 285 consisté à évaluer les cartes dans les cas où il y avait chevauchement et à les classer selon le résultat de cette évaluation.
5.5.2 - Critères de fiabilité retenus et barème de notation
Voici une brève description des critères de fiabilité retenus dans chacun des trois groupes : télédétection, campagne de terrain, interprétation des données. Chaque groupe de critères est suivi d’un tableau qui résume les lignes directrices de notation correspondantes.
5.5.2.1 - Acquisition des données : Télédétection
Voici les critères qui ont été retenus pour répondre à la question Quelle est la qualité de la
télédétection ? :
Techniques utilisées
Il n’est pas pratique d’élaborer un barème couvrant toutes les techniques et combinaisons de techniques possibles de télédétection. Une approche plus pragmatique consiste à juger si la ou les techniques utilisées étaient appropriées pour distinguer les divers types de terrain prévus dans le territoire à cartographier.
Couverture
Ce critère comporte deux aspects : les données de télédétection sont d’autant plus fiables que le degré de couverture est élevé (idéalement avec un chevauchement de données pour fournir des « réplicats ») ; les données de télédétection sont plus fiables si le territoire est homogène que s’il est hétérogène. Le barème de notation du projet M
ESH tient compte de ces deux aspects. À titre d’exemple, un grand espacement des passages d’un SACLAF est plus acceptable dans le cas d’un territoire homogène que dans celui d’un territoire hétérogène, où l’espacement des passages devra être moindre pour mériter une même note de fiabilité.
Positionnement
Le système de positionnement donne une indication du degré de précision spatiale avec lequel les données de télédétection sont acquises, puisque chaque système a sa propre fourchette de précision spatiale. Le positionnement fait aussi partie des critères relatifs aux données de terrain, car le système de positionnement utilisé n’est pas nécessairement le même lors de la campagne de terrain que pour la télédétection.
Normes
Le respect de normes lors de l’acquisition de données constitue une indication de la qualité des données. Il peut s’agir de normes externes reconnues (note la plus élevée) ou de normes internes à l’organisme qui procède à l’acquisition des données (note
intermédiaire). Les données acquises en l’absence de normes clairement établies méritent la note la plus faible.
Actualité des données
Plus les données de télédétection ont été acquises il y a longtemps, plus il est probable que le fond de la mer ait subi des changements jusqu’à maintenant. Il n’est pas pratique d’inclure dans le présent barème une évaluation des variations de l’environnement, y compris les effets de l’activité humaine, mais il faut se rappeler que certains habitats sont variables dans le temps, alors que d’autres demeurent stables pendant des dizaines d’années (comparer par exemple les dunes hydrauliques et les affleurements rocheux).
Cet aspect est d’autant plus complexe qu’une carte peut comprendre des habitats variables et d’autres statiques.
286 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ?
Quelle est la qualité de la télédétection ?
Techniques utilisées
Les techniques utilisées
étaient-elles appropriées
étant donné les types de terrain ?
Évaluation du caractère approprié ou non des techniques de télédétection utilisées pour produire la
carte
, compte tenu de l’environnement du territoire levé
Note Lignes directrices
3
2
1
Techniques très appropriées
Techniques moyennement appropriées
Techniques inappropriées
*N.B. Ajuster au besoin l’évaluation pour tenir compte des techniques qui, même si elles sont appropriées, ont été employées en zone de grand fond et ont de ce fait une résolution beaucoup plus faible (largeur de fauchée).
Couverture
Le territoire a-t-il été couvert de manière appropriée ?
Évaluation de la couverture du territoire par les données de télédétection, en tenant compte de l’hétérogénéité du territoire (voir la matrice couverture–hétérogénéité ci-après)
Note pour la couverture proprement dite, à combiner avec la note relative à l’hétérogénéité
3
2
Bonne couverture : 100 % ou plus, ou espacement des passages de SACLAF inférieur à 50 m
Couverture moyenne : environ 50 %, ou espacement des passages de SACLAF inférieur à 100 m
1
Couverture médiocre : faible pourcentage, ou espacement des passages de SACLAF supérieur à 100 m
Positionnement Comment la position des données de télédétection a-t-elle été déterminée ?
Normes
Des normes ont-elles été respectées lors de l’acquisition des données ?
Indication du système de positionnement utilisé pour les données de télédétection
Évaluation de l’utilisation de normes lors de l’acquisition des données de terrain
(indication d’une forme d’assurance qualité)
Actualité des données
Les données de télédétection sont-elles récentes ?
Indication de l’âge des données de télédétection
Note finale
3
Couverture bonne ou moyenne et faible
hétérogénéité
; OU bonne couverture et
hétérogénéité
moyenne
2
Bonne couverture et hétérogénéité élevée ;
OU couverture et hétérogénéité moyennes ;
OU couverture médiocre et faible
hétérogénéité
1
Couverture médiocre et hétérogénéité
élevée ou moyenne ; OU couverture moyenne et hétérogénéité élevée
3
GPS différentiel
2
1
3
2
GPS (non différentiel) ou autre système
électronique non satellitaire de navigation
Carte
marine ou à l’estime
Données de télédétection acquises suivant des normes externes reconnues
Données de télédétection acquises suivant des normes internes
1
Données de télédétection acquises sans normes particulières
3
Moins de 5 ans
2
De 5 à 10 ans
1
Plus de 10 ans
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 287
Note relative à l’hétérogénéité
3
2
1
Faible : habitats formant des zones homogènes de plus de 100 m × 100 m
Moyenne : habitats formant des zones qui vont de 50 m × 50 m à 100 m × 100 m
Élevée : habitats formant des zones qui font régulièrement moins de 50 m × 50 m
Note pour la couverture proprement dite
3 Bonne couverture : 100 % ou plus, ou espacement des passages de SACLAF inférieur à 50 m
2 Couverture moyenne : environ 50 %, ou espacement des passages de SACLAF inférieur à 100 m
1 Couverture médiocre : faible pourcentage, ou espacement des passages de SACLAF supérieur à 100 m
Médiocre
Moyenne
Bonne
Hétérogénéité
Faible Moyenne Élevée
2 1 1
3 2 1
3 3 2
La matrice couverture–hétérogénéité ci-dessus sert à déterminer la note pour le critère
« Couverture ». Il faut d’abord attribuer à l’aide du tableau de gauche une note pour la couverture proprement dite et une note pour l’hétérogénéité, puis trouver la note finale correspondante dans la matrice de droite. Noter que ce processus ne constitue qu’un guide rudimentaire, et la note qui en résulte n’est que l’une des nombreuses composantes de l’évaluation globale de la fiabilité d’une carte.
5.5.2.2 - Acquisition des données : campagne de terrain
Voici les critères qui ont été retenus pour répondre à la question Quelle est la qualité de la
campagne de terrain ? :
Techniques utilisées – Données biologiques
Il n’est pas pratique d’élaborer un barème couvrant toutes les techniques et combinaisons de techniques possibles pour l’acquisition de données de terrain biologiques. Par contre, des lignes directrices de notation sont fournies pour des combinaisons de données de terrain biologiques (p. ex. observation humaine, vidéo, prélèvements). La combinaison la plus appropriée dépend du type de substrat ; dans le tableau qui suit, des notations différentes sont suggérées selon que dominent les substrats meubles ou les substrats durs. Ce critère illustre le fait que les données de terrain biologiques sont très importantes pour la cartographie des habitats à des fins de gestion de la conservation. C’est pourquoi il reçoit une pondération supérieure à celle des techniques utilisées pour l’acquisition de données physiques.
Techniques utilisées – Données physiques
Comme dans le cas des techniques utilisées pour l’acquisition de données biologiques, il n’est pas pratique d’élaborer un barème couvrant toutes les techniques et combinaisons de techniques possibles pour l’acquisition de données de terrain physiques. Par contre, des lignes directrices de notation sont fournies pour des combinaisons de données de terrain physiques (p. ex. observation humaine, vidéo, prélèvements). La combinaison la plus appropriée dépend du type de substrat ; dans le tableau qui suit, des notations différentes sont suggérées selon que dominent les substrats meubles ou les substrats durs. Les données de terrain physiques peuvent contribuer à la création d’une carte
d’habitats benthiques lorsqu’il n’est pas pratique de faire un échantillonnage biologique ; ce critère a toutefois une pondération inférieure à celle des techniques utilisées pour l’acquisition de données biologiques.
Positionnement
Le système de positionnement donne une indication du degré de précision spatiale avec lequel les données de terrain sont acquises, puisque chaque système a sa propre
288 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? fourchette de précision spatiale. Le positionnement fait aussi partie des critères relatifs aux données de télédétection, car le système de positionnement utilisé n’est pas nécessairement le même lors de la campagne de terrain que pour la télédétection.
Densité
Le nombre d’échantillons de chaque classe représentée a des effets sur la fiabilité d’une
carte. Plus il y a d’échantillons d’une classe, plus ils sont susceptibles de bien représenter cette classe (à condition qu’ils soient concordants et en accord avec les caractéristiques de la classe en question !).
Normes
Le respect de normes lors de l’acquisition de données constitue une indication de la qualité des données. Il peut s’agir de normes externes reconnues (note la plus élevée) ou de normes internes à l’organisme qui procède à l’acquisition des données (note
intermédiaire). Les données acquises en l’absence de normes clairement établies méritent la note la plus faible.
Actualité des données
Plus les données de terrain ont été acquises il y a longtemps, plus il est probable que le fond de la mer ait subi des changements jusqu’à maintenant. Il n’est pas pratique d’inclure dans le présent barème une évaluation des variations de l’environnement, y compris les effets de l’activité humaine, mais il faut se rappeler que certains habitats sont variables dans le temps, alors que d’autres demeurent stables pendant des dizaines d’années
(comparer par exemple les dunes hydrauliques et les affleurements rocheux). Cet aspect est d’autant plus complexe qu’une carte peut comprendre des habitats variables et d’autres statiques.
Quelle est la qualité de la campagne de terrain ?
Techniques utilisées –
Données biologiques
Les techniques utilisées
étaient-elles appropriées
étant donné les
habitats
présents ?
Évaluation du caractère approprié ou non des techniques de terrain utilisées pour produire la carte, compte tenu de l’environnement du territoire levé. Indiquer la note pour les substrats meubles ou durs selon le cas.
Note
Substrats meubles (endofaune, et épifaune le cas
échéant)
3
Endofaune
ET épifaune échantillonnées ET observées (vidéo, photos, observation directe)
2
1
Lignes directrices
Endofaune
NON observées (vidéo, photos, observation directe)
Endofaune
ET épifaune échantillonnées, mais
OU épifaune échantillonnée, mais non les deux. Aucune observation.
Substrats durs (endofaune non significative)
3
2
Échantillonnage comprenant l’observation directe
(levé à pied ou en plongée)
Échantillonnage comprenant des photos ou vidéo, mais NON l’observation directe
Techniques utilisées –
Données physiques
1
3
Échantillonnage benthique uniquement (p. ex. à la benne ou au chalut)
Les techniques utilisées
étaient-elles appropriées pour déterminer la nature géophysique du fond ?
Évaluation du caractère approprié ou non de la combinaison de techniques géophysi-ques d’échantillon-nage, compte tenu de l’environnement du territoire levé. Indi-quer la note pour les substrats meubles ou durs selon le cas.
Substrats meubles prédominants (gravier, sable, vase)
3
2
1
Analyse géophysique complète : granulométrie ou tests géophysiques (p. ex. pénétrométrie,
tensions de cisaillement
Description des sédiments d’après une inspection visuelle d’échantillons prélevés à la benne ou par carottage (p. ex. sable vaseux légèrement coquiller)
)
Description des sédiments d’après une observation à distance (par caméra)
Substrats durs prédominants (affleurements rocheux, blocs)
Échantillonnage comprenant l’observation directe
(levé à pied ou en plongée)
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 289
Positionnement
Densité
Normes
Comment la position des données de terrain a-t-elle été déterminée ?
La densité d’échantillonnage
était-elle adéquate ?
Des normes ont-elles été respectées lors de l’acquisition des données ?
Indication du système de positionnement utilisé pour les données de terrain
Évaluation de la proportion de polygones ou de classes (groupes de polygones ayant le même attribut d’habitat) contenant des données de terrain
Évaluation de l’utilisation de normes lors de l’acquisition des données de terrain (indication d’une forme d’assurance qualité)
Actualité des données
Les données de terrain
Indication de l’âge des données de terrain sont-elles récentes ?
2
2
Échantillonnage comprenant des photos ou vidéo, mais NON l’observation directe
1
Échantillons obtenus par dragage (ou une autre méthode semblable)
3
GPS différentiel
GPS (non différentiel) ou autre système
électronique non satellitaire de navigation
1
Carte
marine ou à l’estime
3
1
Chaque classe de la carte a été échantillonnée au moins 3 fois.
2
Chaque classe de la carte a été échantillonnée.
Certaines classes de la carte n’ont pas été
échantillonnées (aucune donnée de terrain ne correspond à ces classes).
3
2
Données de terrain acquises suivant des normes externes reconnues
Données de terrain acquises suivant des normes internes
1
Données de terrain acquises sans normes particulières
3
Moins de 5 ans
2
De 5 à 10 ans
1
Plus de 10 ans
5.5.2.3 - Interprétation des données
Voici les critères qui ont été retenus pour répondre à la question Quelle est la qualité de
l’interprétation des données ? :
Données de terrain
La détermination taxinomique par des experts est un élément important de l’interprétation des données de terrain. Noter qu’une carte produite uniquement à partir de données physiques (plutôt que biologiques) aura une note maximale de 1 parce que le rapport qui l’accompagne ne contient pas de liste de taxons.
Données de télédétection
De nombreuses techniques et combinaisons de techniques d’interprétation permettent de tracer les polygones d’une carte d’habitats. Les techniques employées dépendent des types de données acquises. Il faut faire preuve de jugement pour déterminer si les techniques d’interprétation utilisées conviennent au type de données de télédétection. La documentation des méthodes d’interprétation est essentielle : une note plus élevée est attribuée à une carte si le rapport qui l’accompagne documente l’interprétation des données de télédétection.
Niveau de détail
Ce critère donne une indication du niveau de détail de l’information contenue dans la
carte interprétée. Même si les classes déterminées avec un faible niveau de détail sont plus exactes, la gestion de la conservation exige un niveau de détail élevé. Une carte ayant un faible niveau de détail est moins utile à cette fin et obtient dont une note plus basse (noter que dans le cadre du projet M
ESH
, les cartes sont évaluées du point de vue de leur utilisation pour la gestion de la conservation).
Exactitude de la carte
Un test formel d’exactitude est une composante importante de l’évaluation de la fiabilité d’une carte. Il faut se rappeler que, dans le domaine de la cartographie des habitats,
290 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? l’exactitude est une mesure de la valeur prédictive d’une carte, c’est-à-dire de sa capacité
à représenter le monde tel qu’il est dans la réalité. L’erreur est une mesure de l’inexactitude, c’est-à-dire de l’écart entre la carte et la réalité. L’exactitude et l’erreur se mesurent de manière mathématique à partir des succès et échecs, autrement dit des
prédictions correctes et erronées de la carte. Les évaluations de l’exactitude externe sont rares en cartographie des habitats marins, mais elles constituent un test extrêmement valable de l’exactitude d’une carte.
Quelle est la qualité de l’interprétation des données ? Note Lignes directrices
Données de terrain
Comment les données de terrain ontelles été interprétées ?
Indication de la fiabilité de l’interprétation des données de terrain.
Attribuer une note maximale de 1 si uniquement des données physiques ont été acquises sur le terrain.
3
2
1
Interprétation
par des experts ; descriptions complètes et liste de taxons pour chaque
classe
d’habitat
Interprétation
par des experts, mais pas de description détaillée ou de liste de taxons pour chaque classe d’habitat
Pas d’interprétation par des experts ; descriptions limitées disponibles
Données de télédétection
Les données de télédétection ont-elles
été interprétées de manière appropriée ?
Indication de la fiabilité de l’interprétation des données de télédétection.
Noter que les techniques d’interprétation peuvent aller de la lecture « à l’œil » des données par des experts jusqu’aux techniques statistiques de
classification
.
Niveau de détail
Quel est le niveau de détail de l’information contenue dans la carte ?
Niveau de détail auquel les classes d’habitat de la
carte
ont été déterminées
3
2
1
3
2
1
Technique appropriée utilisée et documentation fournie
Technique appropriée utilisée, mais pas de documentation fournie
Technique inappropriée utilisée
Classes
définies sur la base d’une analyse biologique détaillée
Classes
espèces ou formes de vie caractéristiques
Classes
définies sur la base des principales
définies sur la base de données physiques ou de zones biologiques générales
Exactitude de la carte
Jusqu’à quel point la carte représente-telle la réalité de manière exacte ?
Test de l’exactitude de la
carte
3
2
1
Exactitude
élevée, prouvée par une évaluation d’exactitude externe
Exactitude
d’exactitude interne
Exactitude
élevée, prouvée par une évaluation
médiocre, prouvée par une
évaluation d’exactitude externe ou interne ; OU aucune évaluation d’exactitude effectuée
5.5.3 - Outil M
ESH
d’évaluation de la fiabilité d’une carte
La méthode M
ESH
d’évaluation de la fiabilité d’une carte est mise en œuvre dans deux applications, dont chacune est adaptée à un type particulier d’évaluation de la fiabilité.
Pour l’évaluation comparative de plusieurs cartes, nous suggérons d’utiliser la feuille de pointage M
ESH
Confidence Scoresheet.xls
, qui facilite la saisie des données et la comparaison de cartes. Par contre, l’ application Flash est un outil davantage interactif et bien adapté à l’évaluation d’une seule carte. Ce dernier outil permet de voir plus facilement l’effet d’un changement de note ou de pondération. Les personnes intéressées par la méthodologie, mais qui n’ont pas à faire d’évaluation de la fiabilité d’une carte, peuvent prendre connaissance des critères et du barème de notation dans le fichier M
ESH
Confidence Assessment Guidelines.doc
. Ces lignes directrices sont également incorporées dans les deux applications ci-dessus, afin que l’utilisateur puisse les consulter rapidement. Le classeur Excel et l’application Flash calculent la note d’évaluation d’une
carte de la même manière.
Le classeur comprend la feuille de pointage pour chaque critère, une feuille de pondération (où s’effectuent certains calculs reportés sur la feuille de pointage) et les lignes directrices de notation. Même si la feuille de pondération est accessible, il est
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 291
fortement conseillé de ne pas modifier les valeurs de pondération. Des valeurs standard de pondération sont utilisées pour toutes les cartes évaluées dans le cadre du projet
M
ESH
. Le barème de notation est illustré par deux exemples dans le tableau ci-dessous.
Le premier (A) se rapporte au Sussex et fournit les cartes de la section 5.6 « Comment interpréter une évaluation de la fiabilité ? ». Il s’agit d’un levé « ancien » effectué uniquement à l’aide d’un SACLAF et d’une caméra vidéo montée sur un bâti vertical.
L’espacement des passages était irrégulier mais généralement grand. Les levés ont été menés sur une période de trois ans avec des ressources très limitées et très peu de temps disponible. On ne s’attend donc pas à ce que ce levé obtienne une note de fiabilité très élevée. Le second exemple (B) est celui d’un levé récent du Moray Firth effectué à l’aide d’un sonar à interféromètre (bathymétrie et rétrodiffusion de sonar à balayage latéral) et d’un SACLAF, combinés avec une caméra vidéo remorquée et des prélèvements à la benne pour les données de terrain. La couverture des données de télédétection était totale, avec un espacement des passages de 75 à 150 m. On peut donc s’attendre à ce que ce levé obtienne une note de fiabilité plus élevée que celui du premier exemple.
Quelle est la qualité
de la télédétection ?
Quelle est la qualité de la campagne de terrain ?
Quelle est la qualité de l’interprétation
des données ?
Sommaire
A – Sussex 1 1 2 1 1 2 1 2 2 2 1 2 2 2 2
55
58 40 67
B – Moray
Firth
3 3 3 3 3 3 2 3 2 3 3 3 3 2 2
92
92 100 83
L’application Flash est davantage interactive, et les lignes directrices d’évaluation sont affichées dans la partie droite de la fenêtre. Dans la version de l’application Flash fournie dans le site Web du projet M
ESH
, la colonne des valeurs de pondération n’est pas modifiable.
292 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ?
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 293
Exemple d’affichage des notes de fiabilité dans le SIG webGIS de M
ESH
. Le sommaire des notes est présenté dans une fenêtre d’information, avec un lien vers une page Web contenant les notes détaillées.
Affichage des notes de fiabilité dans le SIG webGIS de Mesh
Ces notes de fiabilité sont affichées dans le SIG webGIS de M
ESH
, avec des liens vers les aperçus des territoires étudiés. M
ESH
utilise une gamme de cinq intensités de couleur.
Les seuils ont été choisis de telle sorte qu’une carte doive répondre à certains critères minimaux pour faire partie de chaque catégorie. L’exemple qui suit porte sur des levés du littoral nord du Pays de Galles. Un inconvénient du système actuel est que les couleurs les plus foncées (levés ayant une note de fiabilité élevée) masquent les couleurs les plus claires (levés ayant une note de fiabilité basse). Néanmoins, les utilisateurs ont une indication des levés auxquels ils peuvent accorder une plus grande confiance.
ATTENTION !
Les notes de fiabilité doivent être utilisées avec précaution. Elles visent à guider les utilisateurs et à les aider à tirer des conclusions sur l’utilité des cartes disponibles. Ultimement, l’utilité d’une carte ne peut être évaluée qu’à partir d’une bonne compréhension de sa finalité du point de vue de l’utilisateur. Il incombe donc à chaque utilisateur de faire sa propre évaluation. Par contre, le barème de notation et les
métadonnées permettent de classer les cartes disponibles. Ensuite, l’utilisateur doit se
294 5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? procurer la carte et (si possible) les rapports qui l’accompagnent, afin de prendre une décision finale sur la fiabilité de l’information donnée par la carte.
5.6 - Comment interpréter une évaluation de la fiabilité ?
Toute carte d’habitats est prédictive, et ce n’est qu’à l’usage que l’on peut vraiment la mettre à l’épreuve. Une carte inspire davantage confiance si elle a été examinée et approuvée par des experts externes et par des personnes qui connaissent le territoire couvert. Certaines cartes ont prouvé à l’occasion d’une validation indépendante qu’elles prédisent correctement les classes d’habitats. La plupart du temps, c’est à l’usage et en subissant l’épreuve du temps que les cartes montrent jusqu’à quel point elles sont acceptables.
Certaines cartes peuvent obtenir une note de fiabilité médiocre, mais cela ne veut pas dire qu’elles sont peu utiles dans certaines applications. De fait, il est possible qu’une telle
carte s’avère concordante avec une source de données complètement indépendante, et que cela amène l’utilisateur à revoir son opinion de la carte. À titre d’exemple, la carte
d’habitats ci-dessous a été produite à partir de données acquises entre 1994 et 1996, sur différents navires, uniquement à l’aide d’un SACLAF, avec des espacements variables des passages (souvent de plus de 500 m), et des données de terrain inégalement réparties, acquises uniquement à l’aide de caméras vidéo remorquées. L’outil d’évaluation donne une note globale de 51 % pour cette carte, ce qui correspond à un degré de
fiabilité très faible.
Cartes
d’habitats réalisées à l’aide d’un SACLAF
5 - Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? 295
La seconde carte comporte une couche supplémentaire constituée de données d’observation des activités de pêche (codées selon la méthode de pêche). Ces données, acquises entre 2004 et 2006, sont également limitées quant à leur exactitude. Par contre, la correspondance entre les activités de pêche et la répartition des habitats est manifeste.
Une carte peut donc s’avérer utile même si au départ elle n’inspire pas une grande
confiance. On en conclut également qu’une stratégie de levés, même si elle n’est pas idéale, mais seulement la meilleure possible étant donné les contraintes, permet de produire des cartes valables.
5.7 - Remerciements
Les partenaires du projet M
ESH
tiennent à remercier le groupe de travail sur l’exactitude et la fiabilité pour la compilation des tableaux, ainsi que Dan F
OSTER
-S
MITH
pour le travail considérable qu’il a accompli lors de la création de l’outil d’évaluation de la fiabilité.
Liens vers des documents
M
ESH
Confidence Scoresheet.xls : http://www.searchmesh.net/default.aspx?page=1693
Outil M
ESH
d’évaluation de la fiabilité d’une carte : http://www.searchmesh.net/confidence/confidenceAssessment.HTML
M
ESH
Confidence Assessment Guidelines.doc : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM5_M
ESH
_Confidence_Assessment_Guidelines.pdf
Catalogue des métadonnées de M
ESH
: http://www.searchmesh.net/default.aspx?page=1934#M
ESH
MetadataCatalogue
Liens vers des sites Web http://www.searchmesh.net/webGIS
297
6 - Que peut-on faire avec une carte ?
Natalie C
OLTMAN
Une carte d’habitats est un produit visuel et l’aboutissement d’un processus complexe qui fait intervenir l’interprétation de données par des experts, en vue de transmettre un message précis à l’utilisateur. Ce chapitre aborde l’utilisation de cartes pour la gestion environnementale – ce pour quoi les cartes ont été produites – ainsi que d’autres utilisations possibles au-delà de leur finalité d’origine.
Pour de nombreuses personnes, une carte est une œuvre d’art à admirer, mais pour d’autres, c’est un outil essentiel qui contribue à la résolution de problèmes environnementaux complexes. Afin d’aider les utilisateurs à comprendre la contribution des cartes à la gestion de l’environnement, la première section de ce chapitre montre des
298 6 - Que peut-on faire avec une carte ? exemples de la manière dont des cartes ont servi à résoudre des problèmes concrets, puis aborde les liens entre les perceptions des utilisateurs et le succès de l’exploitation des cartes. En plus de la carte proprement dite, il faut fournir des détails qui décrivent la
carte et qui aident les utilisateurs à interpréter l’information qu’elle contient. La deuxième section explique comment une carte peut être décrite à l’intention d’autres personnes au moyen de ce que l’on appelle des métadonnées. Elle vise aussi à sensibiliser les intervenants du domaine de la cartographie des habitats quant à l’importance des
métadonnées. Les cartes d’habitats constituent une ressource extrêmement précieuse, et il est important de tirer le maximum de chaque carte, qui constitue très probablement la
seule carte d’habitats benthiques d’une zone donnée. Les cartes d’habitats doivent autant que possible être accessibles à la collectivité élargie des sciences et de la gestion du milieu marin, afin d’éviter d’inutiles dédoublements d’efforts pour acquérir des données dans un même territoire. La section qui porte sur la mise en commun de cartes donne des conseils sur les formats d’échange de données, sur les outils de traitement et de conversion, et sur les accords relatifs aux données.
Lorsqu’ils produisent une carte d’habitats marins, les cartographes choisissent les entités cartographiques les mieux adaptées à la finalité de la carte, par exemple pour décrire des structures physiques à échelle globale ou une information biologique détaillée. La variété des raisons pour lesquelles on dresse des cartes du fond de la mer entraîne une variété presque aussi grande d’entités cartographiques. Dans le contexte de la cartographie des
habitats marins, ces entités sont des classes d’habitat. Un ensemble défini de classes d’habitat s’appelle une typologie des habitats. Dans le cadre du projet M
ESH
, on appelle
traduction le processus de conversion des classes d’habitat d’une typologie à une autre.
La quatrième section de ce chapitre aborde les avantages et la faisabilité d’une telle traduction, ainsi que les processus qui permettent de la réaliser. Lorsque l’on rassemble des cartes produites dans le cadre de divers programmes de cartographie des habitats, il est probable que des cartes se chevauchent en certains endroits. Un tel chevauchement ne pose aucun problème en soi. Cependant, les cartes qui se chevauchent ont probablement été produites à des échelles différentes, à des fins différentes et avec des méthodes différentes. Même après une traduction dans une typologie commune, il est prévisible que des cartes ne concordent pas toujours dans les zones où elles se chevauchent. La cinquième section de ce chapitre donne des conseils à propos de la combinaison de cartes, en particulier dans le cas de cartes qui se chevauchent ou qui ont
été conçues pour être visionnées à des échelles différentes.
Les progrès rapides de l’informatique depuis une dizaine d’années ont accéléré l’accès aux données et leur traitement, ce qui a modifié radicalement notre approche de la recherche et de la gestion en matière d’environnement marin. Il est maintenant possible de rechercher rapidement de l’information de multiples sources dans Internet, et même de télécharger des données (de manière réelle pour les stocker, ou virtuelle par un accès dynamique) en vue de les afficher et de les analyser localement. La dernière section de ce chapitre explique comment rendre des cartes accessibles par Internet, que ce soit en alimentant ou en créant un site Web, et résume comment combiner des cartes avec d’autres cartes accessibles en ligne.
6.1 - Utilisation de cartes
Paul G
ILLILAND
et Sytze van H
ETEREN
Une carte d’habitats est un produit visuel et l’aboutissement d’un processus complexe qui fait intervenir l’interprétation de données par des experts. Une carte est conçue pour transmettre des messages précis à l’utilisateur. Pour de nombreuses personnes, une
carte est une œuvre d’art à admirer, mais pour d’autres, c’est un outil essentiel qui contribue à la résolution de problèmes environnementaux complexes. Malheureusement, ces deux extrêmes se mêlent parfois, lorsque les utilisateurs qui essaient de résoudre des
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 299 problèmes ne connaissent pas la cartographie au-delà de son aspect esthétique. Nous espérons que ce Guide de la cartographie des habitats aidera les utilisateurs à mieux comprendre les cartes d’habitats, notamment leurs limites, et à en distinguer les aspects scientifique et artistique. Il ne faut pas oublier qu’une carte représente une vérité et non la vérité : il suffit de comparer les cartes du plateau continental des Pays-Bas produites pour des ingénieurs et pour des biologistes. Une même structure ne sera pas cartographiée de la même manière par des personnes différentes, sauf si celles-ci s’entendent pour utiliser les mêmes données en suivant les mêmes protocoles.
Pourcentage de vase sur le plateau continental néerlandais, à gauche produite principalement à partir d’estimations visuelles de la proportion de vase, à droite produite à l’aide d’outils numériques et à partir de mesures de la proportion de vase
Afin d’aider les utilisateurs à comprendre la contribution des cartes à la gestion de l’environnement, la présente section montre des exemples de la manière dont des cartes ont servi à résoudre des problèmes concrets, puis aborde les liens entre les perceptions des utilisateurs et le succès de l’exploitation des cartes. Les cartes du fond de la mer sont précieuses et constituent une denrée relativement rare, parce qu’elles reposent sur des données coûteuses à acquérir et longues à interpréter. Il est donc essentiel de tirer le maximum d’un gisement de données, aussi bien au moment où celles-ci sont acquises que par la suite. Ce sujet est abordé dans la sous-section 6.1.3 « Utilisation de cartes d’habitats au-delà de leur finalité d’origine ». Les autres sections du chapitre abordent les
étapes du cycle de vie d’une carte au-delà de son utilisation première prévue.
6.1.1 - Études de cas d’utilisation de cartes d’habitats
Les cartes du fond de la mer ont de nombreuses applications, depuis la sécurité de la navigation jusqu’à l’identification de zones de pêche. De plus en plus, les cartes nécessaires pour ces diverses applications comprennent des cartes d’habitats. De nos jours, les cartes de répartition des habitats deviennent des sources d’information précieuses pour la gestion durable de plusieurs activités qui se déroulent en milieu marin, ainsi que pour la conservation et la gestion des ressources marines. Voici quelques domaines où les cartes d’habitats marins sont d’une grande utilité :
300 6 - Que peut-on faire avec une carte ?
– évaluations environnementales en vue de la prise de décisions concernant de nouveaux projets de développement : installation de câbles sous-marins, construction d’éoliennes, extraction de granulats marins, etc. ;
– planification stratégique et spatiale grâce à une connaissance de la répartition, de l’étendue et de l’importance des habitats ;
– gestion continue d’activités marines telles que les pêches et les loisirs ;
– évaluations à des fins de conservation de la nature, notamment l’évaluation de la rareté des habitats aux échelons local, national et international, ainsi que l’identification d’aires importantes du point de vue de la biodiversité ;
– aires sensibles aux impacts de diverses activités humaines comme le dragage et les déversements de produits pétroliers ;
– programmes de surveillance, pour l’évaluation de l’état des mers, dans le cadre notamment d’initiatives nationales et de conventions régionales comme la Convention
OSPAR et la directive-cadre 2000/60/CE dans le domaine de l’eau ;
– programmes de suivi, afin de cibler certaines caractéristiques écologiques et de réduire les coûts de surveillance par une sélection de sites fondée sur une meilleure
information ;
– identification d’aires marines protégées (AMP), le cas échéant en réseau, y compris la sélection de sites représentatifs et la gestion des sites désignés ;
– meilleure compréhension des écosystèmes marins, entre autres par l’étude des relations entre les habitats benthiques, les conditions hydrodynamiques et les populations de poissons.
Il y a différentes manières de catégoriser les utilisations des cartes d’habitats. De nombreux intervenants du milieu marin se servent des éléments clés de la gestion environnementale, illustrés dans le schéma ci-après, pour catégoriser leurs activités.
Éléments clés de la gestion environnementale
Les principaux éléments de cette structure forment des catégories naturelles pour les diverses applications des cartes d’habitats benthiques :
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 301
Énoncé politique
Objectif
Planification
Mise en œuvre
Suivi meilleure compréhension scientifique objectifs de qualité écologique identification des ressources participation des intervenants gestion des ressources
résolution de conflits modification de l’étendue et de la qualité
Examen
Révision conception de campagnes d’échantillonnage sites d’extraction et d’élimination effets sur les énoncés politiques
Un ensemble d’études de cas ont été préparées pour l’atelier des parties prenantes du
Royaume-Uni dans le projet M
ESH
(voir le rapport complet de cet atelier), afin de montrer une variété d’utilisations de cartes d’habitats benthiques et d’illustrer comment elles peuvent soutenir la prise de décisions en matière d’environnement marin. Voici quelques utilisations des cartes d’habitats : aider les parties prenantes à visualiser des options de planification, concevoir des stratégies d’échantillonnage, connaître l’étendue d’habitats particuliers, assurer le suivi des modifications à long terme et en faire part à des nonspécialistes. Les études de cas portent sur des programmes de différentes portées, de l’échelon local à l’échelon national. La cartographie a également permis d’établir des liens entre les sciences et les énoncés politiques, ainsi qu’entre les spécialistes et les autres parties intéressées. Pour ce qui est des utilisations futures et de l’avenir du projet M
ESH
, les études de cas présentées mettent en lumière la valeur potentielle du projet M
ESH comme base d’utilisation d’une typologie harmonisée sur un grand territoire. Quoi qu’il en soit, ce projet a permis de consacrer davantage de temps aux tâches principales plutôt qu’à compiler de l’information préliminaire.
6.1.1.1 - Étude de cas n° 1 : Le détroit d'Arisaig, candidat au statut d'aire spéciale de conservation – Projet des ASC marines du Royaume-Uni
Cette étude de cas décrit le travail effectué pour soutenir la candidature du détroit d’Arisaig au statut d’aire spéciale de conservation (ASC). Une source importante d’information a été l’étendue et la répartition de l’habitat de banc de sable (dont des fonds de maërl) pour lequel le site a été désigné. Les cartes d’habitats ont été présentées aux parties prenantes et considérées avec d’autres données, par exemple sur le dragage des pétoncles. Cela a mis en lumière un conflit potentiel et des possibilités de zonage de ces activités, afin qu’elles puissent se poursuivre sans endommager les fonds de maërl – par exemple, aucun dragage de pétoncles à moins de 20 m de profondeur, avec une zone tampon de 5 m supplémentaires.
6.1.1.2 - Étude de cas n° 2 : Évaluation environnementale régionale et surveillance de la Manche orientale à propos des granulats marins
Cette étude porte sur le suivi d’une évaluation environnementale régionale de plusieurs demandes de dragage de granulats marins dans la Manche orientale. On a élaboré un programme régional de surveillance, dont la cartographie des habitats est une photographies, vidéo) ont permis de produire une description des habitats et des espèces de la région, ainsi que d’un site d’exploitation type. La surveillance met l’accent sur les processus physiques, p. ex. le dépôt de sédiments, et les biocénoses, p. ex. le benthos.
302 6 - Que peut-on faire avec une carte ?
L’approche de collaboration adoptée a eu de nombreux avantages, notamment pour la
cartographie des habitats : mise en commun de ressources des promoteurs, interprétation fiable sur une variété d’échelles spatiales, contexte permettant de déterminer l’importance des exploitations.
6.1.1.3 - Étude de cas n° 3 : Évaluation de la pression de l'activité humaine sur les structures du fond de la mer
Cette étude présente une méthode d’évaluation de l’empreinte spatiale réelle d’une gamme d’activités humaines, afin d’en connaître les impacts selon différentes catégories
(p. ex. envasement, obstruction, extraction) à partir de données numériques sur toutes les activités humaines importantes en mer. Les résultats de cette analyse sont en cours de combinaison avec les types de paysage déterminés dans le cadre du projet UKSeaMap, afin de produire une évaluation initiale de la présence ou de l’absence de pression sur des types particuliers d’habitat benthique. Ces travaux indiquent que des données géospatiales sur l’activité humaine peuvent servir à faire une estimation de la pression de cette activité sur les paysages marins. Une connaissance de la pression subie par divers paysages marins pourrait aider entre autres à concevoir des réseaux d’aires marines protégées et à définir des objectifs de gestion.
6.1.1.4 - Étude de cas n° 4 : Un scénario de planification spatiale marine –
L'énergie marémotrice
Cette étude de cas décrit une partie d’un projet pilote de planification spatiale marine dans la mer d’Irlande. Divers scénarios ont été utilisés pour indiquer comment l’information permettrait de faire des allocations d’espace pour certains usages futurs. On a comparé les aires potentielles d’exploitation de l’énergie marémotrice à d’autres intérêts ou utilisations sectorielles qui pourraient porter sur les mêmes zones ou constituer une contrainte importante à l’exploitation de l’énergie marémotrice. Parmi ces intérêts figuraient les sites Natura 2000 potentiels fondés sur des cartes d’habitats indiquant la présence de récifs ou de bancs de sable. Dans le cadre de ce scénario simulé, il a été décidé qu’en cas de conflit potentiel, les intérêts et utilisations sectorielles faisant l’objet de contraintes spatiales auraient la priorité sur l’exploitation de l’énergie marémotrice.
6.1.1.5 - Étude de cas n° 5 : Utilisation de cartes d'habitats pour la gestion des pêches
Les gestionnaires des pêches peuvent se servir de cartes d’habitats pour situer et quantifier les ressources disponibles, afin d’orienter l’effort de pêche dans le sens d’une meilleure gestion de la ressource. Un problème important auquel ces gestionnaires sont confrontés est la nécessité d’identifier d’éventuelles zones de fermeture de la pêche, susceptibles de réduire d’autant le territoire et la durée autorisés pour la pêche. Dans le passé, les acteurs du secteur des pêches voyaient les cartes d’habitats seulement comme des outils visant à restreindre leurs activités. L’adoption d’une approche de planification spatiale dans laquelle les cartes d’habitats constituent un outil central a été acceptée de manière inégale par les gestionnaires des pêches, malgré certains succès dignes de mention dans le secteur des crustacés et mollusques. Cependant, avec l’évolution de la gestion des pêches vers une approche de gestion d’écosystèmes, on s’attend à ce que les cartes d’habitats jouent un rôle central dans la définition de politiques. Le secteur des pêches lui-même reconnaît depuis longtemps la valeur de plusieurs techniques mises au point pour la cartographie des habitats, et on peut considérer qu’il a stimulé le développement des systèmes acoustiques de classification automatique des natures de fonds (SACLAF). Le secteur de l’aquaculture des crustacés et mollusques, avec sa tradition de permis d’exploitation, reconnaît la valeur des cartes pour la gestion de ses activités. Le recours à des techniques acoustiques pour localiser et quantifier les ressources est maintenant largement accepté dans ce secteur.
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 303
6.1.1.6 - Étude de cas n° 6 : Pêches maritimes et site marin européen de
Flamborough Head
Cette étude de cas décrit les travaux commandés par le NESFC (North Eastern Sea
Fisheries Committee – Comité des pêches maritimes du nord-est) pour obtenir une
évaluation écologique (y compris une carte d’habitats) des 3 zones d’interdiction de chalutage placées sous sa responsabilité et cartographier les principaux habitats benthiques de l’ASC (aire spéciale de conservation) de Flamborough Head. Diverses techniques ont été employées pour réaliser ces travaux. L’information qui en a résulté permettra de comparer des structures à l’intérieur et à l’extérieur des zones d’interdiction, et d’orienter la gestion de l’ASC.
6.1.1.7 - Étude de cas n° 7 : Cartographie des caractéristiques des milieux benthique et pélagique des mers du Royaume-Uni – Le projet UKSeaMap
Cette étude de cas décrit les travaux d’utilisation des données géologiques, physiques et hydrographiques disponibles, combinées là où c’est possible avec de l’information
écologique, pour produire des cartes simples, à échelle globale et pertinentes sur le plan
écologique, des caractéristiques dominantes des milieux benthique et pélagique de l’ensemble du territoire maritime sous juridiction du Royaume-Uni. La finalité première de ces cartes est de fournir des perspectives nationale et régionale de la répartition et de l’étendue des types de paysage marin du Royaume-Uni, à l’appui des besoins en matière de planification et de gestion à l’échelon national et régional. Les produits du projet
UKSeaMap constitueront une couche essentielle d’information spatiale qui, combinée avec d’autres données environnementales ainsi qu’à de l’information sur l’activité humaine et sur la réglementation, viendra à l’appui d’une gestion plus efficace des ressources marines et d’une meilleure interprétation de l’information connexe, et aidera à la définition d’engagements et d’objectifs nationaux. On s’attend à ce que ces cartes de paysages marins aident le gouvernement du Royaume-Uni et d’autres organismes à assurer à court et à moyen termes un meilleur suivi du milieu marin, par la mise en œuvre d’une approche écosystémique de la gestion de l’environnement marin.
6.1.2 - Comprendre les perceptions des parties prenantes vis-à-vis des cartes
Dans toute carte, on sacrifie une certaine quantité de détails afin que la carte reste lisible
à l’échelle prévue. Idéalement, les cartographes mettent en évidence les structures qui intéressent les utilisateurs potentiels et laissent de côté celles qui sont jugées moins pertinentes. En outre, un choix judicieux des bornes de classification et des assemblages de classes aide les parties prenantes à reconnaître les structures spatiales pertinentes.
Très peu de cartes conviennent à tous les usages, et la plupart des cartes ne devraient pas être utilisées par toutes les parties prenantes possibles. Comme une carte est une représentation abstraite et par nature subjective, il faut l’interpréter avec précaution.
L’utilisateur typique ne remet toutefois pas en question la véracité d’une carte, en particulier si c’est tout ce dont il dispose. Lorsqu’une carte est produite par un organisme réputé, elle est presque toujours automatiquement considérée comme vraie. C’est le cas même dans le domaine de la cartographie des habitats, où les biologistes ne remettent généralement pas en question la fiabilité des cartes qui décrivent des paramètres physiques, et vice versa. L’environnement uniforme de SIG dans lequel les cartes sont produites encourage les non-experts et les utilisateurs à exploiter et à échanger des
cartes pour toutes sortes de fins, et à produire leurs propres cartes sans avoir à consulter des spécialistes des habitats. Ils ne ressentent plus la nécessité autrefois évidente de faire appel à des cartographes.
Depuis l’avènement de la cartographie numérique, les cartes et les grilles ne sont plus des produits statiques difficiles à mettre à jour ou à refaire avec des bornes de
classification différentes. On peut maintenant faire dans un temps et à un coût
304 6 - Que peut-on faire avec une carte ? raisonnables une carte adaptée à chaque sujet de recherche ou décision politique, pourvu que les conditions suivantes soient remplies :
– toutes les données pertinentes sur les paramètres physiques et biologiques sont contenues dans une ou plusieurs bases de données centralisées et facilement accessibles, de préférence transnationales et multidisciplinaires ; ensembles de données qui répondent aux exigences sur des points tels que la qualité, la fourchette de profondeurs, le moment de l’acquisition, ainsi que la conformité à des normes et protocoles précis ;
– l’utilisateur fournit au cartographe l’information qui permet à ce dernier de définir les
classes, de déterminer l’échelle appropriée et de représenter des relations quantitatives entre les paramètres physiques et biologiques.
La possibilité récente de créer plusieurs cartes d’un même territoire pour un paramètre ou un ensemble de paramètres peut entraîner une certaine confusion chez les utilisateurs de ces cartes. Il devient plus difficile de choisir la carte la plus pertinente sur un sujet précis, et plus difficile encore de déterminer si la carte existante la plus utile est suffisamment bonne pour répondre à la question ou résoudre le problème de l’utilisateur. En l’absence de la sécurité liée à l’existence d’une carte unique, les cartographes des habitats marins doivent faire comprendre aux diverses parties prenantes que la possibilité de choisir entre différentes cartes d’une même structure constitue un progrès, mais qu’il vaut toujours mieux consulter un expert en la personne du cartographe pour faire un choix éclairé et optimal.
6.1.3 - Utilisation de cartes d’habitats au-delà de leur finalité d’origine
La cartographie des habitats est un processus long et coûteux, dont les produits – les
cartes d’habitats – constituent de ce fait une ressource extrêmement précieuse. Plus important encore, ces cartes sont très probablement les seules cartes d’habitats benthiques d’une zone donnée, car il est assez rare de trouver plusieurs cartes d’un même territoire. Les cartes d’habitats benthiques résultent généralement d’une étude ayant des objectifs précis et menée pour résoudre un problème concret. Cela peut aller de la constitution d’un simple inventaire des habitats benthiques d’un territoire pour lequel on ne dispose d’aucune information, jusqu’à la cartographie du fond de la mer afin d’installer une structure ou d’évaluer l’impact d’une activité humaine. Une carte d’habitats benthiques produite suivant les conseils de ce Guide devrait normalement résoudre le problème en question. On vient de montrer des exemples de la manière dont des cartes d’habitats ont effectivement contribué à la gestion d’activités humaines. Comme chaque
carte d’habitats benthiques est une ressource précieuse, il est important de pouvoir en tirer le maximum. Les cartes d’habitats doivent autant que possible être accessibles à la collectivité élargie des sciences et de la gestion du milieu marin, afin d’éviter d’inutiles dédoublements d’efforts. Le paragraphe qui suit donne quelques conseils sur l’archivage des données, afin d’assurer la conservation des cartes pour des études ultérieures. Avec le rôle toujours croissant d’Internet dans la diffusion des données et de l’information, il devient important d’annoncer l’existence de cartes d’habitats et idéalement de les rendre accessibles en ligne une fois qu’elles ont accompli leur fonction d’origine. La suite de ce chapitre contient des conseils sur la manière d’utiliser ainsi des cartes d’habitats au-delà de leur finalité d’origine.
Archivage des données
La cartographie des habitats marins produit d’énormes quantités de données précieuses qu’il faut archiver afin qu’elles soient accessibles et utilisables dans l’avenir. Trop de gisements de données croupissent dans des tiroirs ou sur des supports périmés à cause d’un manque de planification sur le sort des données au-delà du cycle de vie du projet. En
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 305 plus de la promotion des métadonnées comme outil de mobilisation de ces masses de données cartographiques sur le fond de la mer, des initiatives nationales et internationales visent un meilleur accès à l’information. À titre d’exemple, la Directive
2003/4/CE du Parlement européen formule les exigences relatives à l’accès du public à l’information en matière d’environnement. Un archivage efficace joue un rôle important dans l’amélioration de l’accès à l’information. Au niveau le plus élémentaire, la création de
métadonnées et d’identificateurs appropriés contribue à une bonne gestion des données au sein d’une organisation. Aux échelons national et international, des centres d’archives actifs dans de nombreux domaines peuvent soulager les auteurs (qui demeurent toutefois propriétaires des données) d’une partie du fardeau lié à l’archivage (maintien des archives, traitement des demandes d’information). Au Royaume-Uni, le MDIP (Marine
Data and Information Partnership – Partenariat pour les données et l’information sur le monde marin) regroupe des organismes des secteurs public et privé qui visent à maintenir une gestion et un accès harmonisés aux données et à l’information, afin de favoriser une meilleure gestion des mers qui entourent le Royaume-Uni.
6.2 - Description de cartes
Toute carte est produite pour transmettre de l’information à des personnes. En plus de la
carte elle-même, il faut fournir des données qui décrivent la carte et aident les utilisateurs
à interpréter l’information qu’elle contient. Cette section explique comment une carte peut
être décrite à l’intention d’autres personnes au moyen de ce que l’on appelle des
métadonnées. Elle vise aussi à sensibiliser les intervenants du domaine de la
cartographie des habitats quant à l’importance des métadonnées. Après une brève définition des métadonnées, on explique pourquoi il est important de recueillir des
métadonnées. On aborde ensuite la question de savoir s’il est nécessaire ou non de créer un catalogue de métadonnées, le processus de décision en cette matière, ainsi qu’une introduction aux divers niveaux de métadonnées. D’autres sous-sections portent sur la décision d’élaborer ou non une nouvelle norme relative aux métadonnées et donnent des conseils sur la manière de créer et d’alimenter un catalogue de métadonnées. Enfin, on trouvera des conseils relatifs à la diffusion des métadonnées, notamment en ligne. La
cartographie des habitats est un processus long et coûteux, dont les produits – les cartes d’habitats – constituent de ce fait une ressource extrêmement précieuse. Une description utile et exacte de cette ressource est presque aussi précieuse que la ressource ellemême, et les métadonnées constituent donc une composante essentielle de la
cartographie des habitats marins.
6.2.1 - Que sont les métadonnées ?
Les métadonnées sont des données sur les données, qui décrivent par exemple les caractéristiques et la provenance des données. Les métadonnées visent à répondre aux questions à propos d’un jeu de données particulier : Quelles données ont été acquises ?
Quand ? Par qui ? Dans quel but ? Quelles méthodes ont été employées ? Et, peut-être le plus important, où les données ont-elles été acquises ? Cette dernière question ajoute un aspect spatial aux métadonnées, aspect crucial lorsqu’il s’agit de décrire des données de
cartographie des habitats benthiques.
6.2.2 - Pourquoi recueillir des métadonnées ?
Les données de cartographie du fond de la mer constituent une ressource précieuse parce qu’elles sont coûteuses à acquérir et longues à interpréter, ce qui en fait une denrée relativement rare. Il est donc essentiel de tirer le maximum d’un gisement de données, aussi bien au moment où celles-ci sont acquises que par la suite. La création de
métadonnées décrivant les données de cartographie des habitats benthiques conserve la valeur de ces données pour l’organisme qui les a acquises. Ce processus prévient la
306 6 - Que peut-on faire avec une carte ? perte d’information sur ces données, même si par exemple le personnel qui a procédé à inutilisables, en particulier si le gisement de données n’a pas de système de coordonnées bien défini ou d’explication sur les codes utilisés. De plus, l’enregistrement de
métadonnées au moment de la création d’un jeu de données est la manière de procéder la plus efficace, alors que plus tard cette tâche risque de devoir être accomplie par d’autres personnes qui ne connaissent pas aussi bien les données. Des métadonnées centralisées accélèrent la recherche de données. Elles permettent aussi d’éviter des dédoublements d’efforts d’acquisition de données, en faisant connaître les données existantes de cartographie des habitats marins. Il vaut mieux acquérir les données une seule fois et les utiliser plusieurs fois.
De bonnes métadonnées aident les agences gouvernementales à respecter les directives nationales ou internationales concernant l’accès à l’information. À titre d’exemple, la
Directive 2003/4/CE du Parlement européen formule les exigences relatives à l’accès du public à l’information en matière d’environnement, et la convention d'Aarhus définit certains droits du public en matière d’environnement. Les règlements du Royaume-Uni concernant l'information environnementale ont été mis à jour pour être conformes à ces exigences internationales.
Les échanges internationaux de métadonnées prennent de plus en plus d’importance. Les structures benthiques transcendent les frontières nationales, et les mesures modernes de gestion des écosystèmes portent sur des mers régionales plutôt que sur des eaux nationales. Une équipe travaillant dans la mer du Nord recherchera des données acquises par des organismes de plusieurs pays de la région. Les métadonnées fournissent une information essentielle à une meilleure compréhension d’un gisement de données, et aident les utilisateurs à trouver les données susceptibles de répondre à leurs besoins. Le regroupement dans une base de données des métadonnées relatives à divers gisements de données offre à l’utilisateur la possibilité de consulter et d’interroger le « catalogue » de métadonnées résultant, afin de trouver les enregistrements qui l’intéressent. Un tel catalogue peut être diffusé dans Internet et devenir ainsi un outil de recherche en ligne.
6.2.3 - Est-il nécessaire de créer un catalogue de métadonnées ?
Les métadonnées peuvent être conservées dans un catalogue consultable (métadonnées externes) ou être enregistrées avec les données elles-mêmes (métadonnées internes).
Les métadonnées internes accompagnent toujours les données et sont facilement accessibles à tous les utilisateurs. Le logiciel ArcGIS
MC
de la société ESRI permet à l’utilisateur de créer des métadonnées internes à l’aide du module ArcCatalog
MC
, qui enregistre l’information sous forme d’un fichier de données XML associé au gisement de données. ArcCatalog
MC
permet ensuite de faire une recherche sur le texte des
métadonnées, mais cette recherche risque d’être relativement lente. Un inconvénient de l’utilisation de métadonnées internes définies par un logiciel de SIG vient du fait que, à cause de la grande variété d’utilisateurs, les métadonnées doivent être assez génériques et faire appel à des subdivisions générales.
6.2.3.1 - Processus de décision
Même s’il est très facile d’utiliser des métadonnées internes à l’aide du système déjà défini dans un SIG, des métadonnées externes peuvent améliorer l’efficacité et la souplesse des recherches, comme dans une base de données. Si l’on utilise des
métadonnées externes, il est crucial de définir à l’aide d’identificateurs exclusifs les liens entre les métadonnées et les données qu’elles décrivent. Lorsque l’on envisage de créer un catalogue de métadonnées, la première question à se poser est de savoir si ce sont des métadonnées internes ou externes qui répondront le mieux aux besoins. Un inconvénient des métadonnées externes est le risque de transférer des données sans les
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 307
métadonnées correspondantes. Une solution optimale pourrait consister à avoir à la fois des métadonnées internes et externes ! Il est également possible de mettre au point des outils qui rassemblent dans une même base de données, à partir de fichiers XML, les
métadonnées internes de plusieurs gisements de données.
Si l’on décide qu’un catalogue de métadonnées externes répondra partiellement ou entièrement aux besoins, il peut valoir la peine d’utiliser des catalogues existants de
métadonnées. Par exemple, EU-SEASED est un projet européen qui vise à améliorer l’accès à l’information sur les caractéristiques physiques du fond de la mer.
Information Network – Réseau européen d’information sur les sédiments marins), qui a donné lieu à la mise au point d’une métabase de données sur les sédiments marins ;
EUROCORE, qui fournit des métadonnées sur les carottages du fond de la mer ;
EUROSEISMIC, qui a donné lieu à la réalisation d’un catalogue consultable des données des levés sismiques et sonar menés par des institutions européennes. Les métadonnées résultant de ces trois sous-projets sont accessibles dans le site Web du projet EU-
SEASED .
Il faut prendre le temps d’examiner si les données les plus intéressantes ne sont pas déjà
énumérées dans un catalogue de métadonnées. Il peut valoir la peine de modifier un catalogue existant de métadonnées plutôt que d’en créer un de toutes pièces. Par contre, s’il s’agit de cataloguer des ressources exclusives à un programme ou à un organisme, il est peu probable que l’on trouve un catalogue existant qui soit adéquat. Tout ce processus de décision est illustré par l’organigramme ci-après, intitulé Est-il nécessaire de
créer un catalogue de métadonnées ?.
Il faut se rappeler que la conception et la réalisation d’un catalogue de métadonnées risquent de prendre moins de temps que le transfert des enregistrements de
métadonnées accumulés ! Ce processus de décision a amené le projet M
ESH
à créer un catalogue de métadonnées externes. Tous les détails concernant ce catalogue se trouvent dans le document The M
ESH
Online Metadata Catalogue.doc, accessible dans le dossier des documents de ce Guide M
ESH
.
308 6 - Que peut-on faire avec une carte ?
Est-il nécessaire de créer un catalogue de
métadonnées
?
6.2.3.2 - Niveaux de métadonnées
Il existe différents types d’enregistrement de métadonnées, dont le contenu dépend du
« niveau » des métadonnées. Au niveau le plus élémentaire, il y a les métadonnées de
base : elles doivent procurer l’information suffisante pour permettre à l’utilisateur de trouver les données qui l’intéressent (c’est-à-dire répondre aux questions « Qui ? »
« Quoi ? » « Où ? » « Quand ? »). Les métadonnées de base doivent aussi comprendre un point de contact pour obtenir plus d’information. Au-delà des métadonnées de base, la terminologie employée dépend du modèle de métadonnées utilisé. Le deuxième niveau est celui de ce que l’on appelle souvent les métadonnées d’exploration : elles doivent aider l’utilisateur à déterminer si les données conviennent pour ce qu’il doit en faire. Par exemple, les données conviennent-elles à une analyse planifiée ? Au niveau le plus détaillé, on trouve les métadonnées d’exploitation, qui indiquent ce qu’il faut savoir pour obtenir et utiliser les données. On peut comparer ces niveaux de métadonnées à l’information que l’on voit sur les emballages d’aliments. Les métadonnées de base correspondent à l’information qui figure sur le devant de l’emballage : la nature et la marque du produit, et le goût qu’il devrait avoir pour le consommateur. Le niveau suivant est celui des métadonnées d’exploration, analogues à la liste des ingrédients et à la quantité contenue dans l’emballage. Enfin, le mode d’emploi et la date de péremption sont analogues aux métadonnées d’exploitation. Évidemment, le niveau des métadonnées dépend des utilisations prévues du catalogue de métadonnées.
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 309
6.2.4 - Faut-il élaborer une nouvelle norme relative aux métadonnées ?
L’information que l’on peut enregistrer pour décrire un gisement de données est extrêmement variée, et le choix de l’information à inclure dans un catalogue de
métadonnées risque d’être accablant ! Cependant, il existe des normes relatives aux
métadonnées qui décrivent les éléments d’information à enregistrer à propos d’un gisement de données, et comment il faut les enregistrer. Chaque élément d’une telle norme correspond à une métadonnée ; à titre d’exemple, le titre d’une ressource est une métadonnée qui peut être enregistrée sous forme d’une zone textuelle d’une longueur maximale de 255 caractères. Lorsque plusieurs organismes utilisent une même norme en matière de métadonnées, cela assure une cohérence qui permet aux utilisateurs de comparer des gisements de données. De plus, cela simplifie l’échange de métadonnées entre programmes ou organismes. Les normes relatives aux métadonnées sont internationales, nationales, ou propres à un organisme ou à un programme.
À titre d’exemple, l’ Organisation internationale de normalisation a défini une norme relative aux métadonnées géographiques (ISO 19115, 2003). Gigateway offre de l’aide et des conseils sur l’enregistrement de métadonnées conformément à des normes nationales et internationales, ainsi qu’un logiciel spécifique de création de métadonnées.
Gigateway est un service de métadonnées de base offert par l’AGI (Association for
Geographic Information – Association pour l’information géographique) pour le compte du
DCLG (Department for Communities and Local Government – Ministère des collectivités et des gouvernements locaux) dans le cadre du NIMSA (National Interest Mapping
Services Agreement – Accord sur les services de cartographie d’intérêt national).
Gigateway propose une description des métadonnées géospatiales de base à utiliser au
Royaume-Uni. Des services de métadonnées sont également utilisés au sein d’organismes dans le cadre de leur système interne de gestion des données.
Avant d’élaborer une norme relative aux métadonnées, il faut vérifier s’il existe déjà une norme susceptible de répondre aux besoins. Comme on l’a mentionné plus haut à propos des catalogues de métadonnées, il est possible de modifier une norme existante en fonction de besoins précis. Par exemple, l’utilisation de métadonnées d’une norme publiée, mais en adaptant les noms à un organisme, peut aider à faire la correspondance entre cette norme et un système interne existant de gestion des données. L’élaboration d’une nouvelle norme en matière de métadonnées prend du temps, en particulier si cette norme doit être commune à plusieurs organismes, qui doivent donc s’entendre sur les
métadonnées à y inclure. Le résultat de cet exercice peut ne pas être compatible avec des normes existantes. Cela ne pose peut-être pas un problème dans l’immédiat pour un organisme ou un programme particulier, mais si les métadonnées doivent plus tard être versées dans un catalogue national ou international, la compatibilité deviendra alors une question importante. Il faut donc autant que possible adopter une norme existante, ou à tout le moins utiliser des métadonnées normalisées avant d’en définir de nouvelles. La norme relative aux métadonnées utilisée dans le cadre du projet M
ESH
est décrite dans le document The M
ESH
Metadata guidance.doc ; les modèles à utiliser sont contenus dans les fichiers M
ESH
Metadata template.xls et M
ESH
Contacts database template.xls. Tous ces fichiers sont accessibles dans le dossier des documents de ce Guide M
ESH
.
6.2.5 - Comment créer et alimenter un catalogue de métadonnées ?
Après le choix d’une norme relative aux métadonnées, le processus de conception, de réalisation et d’alimentation d’un catalogue de métadonnées varie considérablement selon ses utilisations potentielles. Voici quelques conseils élémentaires, sous forme d’une liste de choses à faire et à ne pas faire, à l’intention de ceux qui doivent créer et alimenter un catalogue de métadonnées. Ces conseils sont fondés sur l’expérience du projet M
ESH
.
Tous les détails sur la manière dont l’équipe du projet M
ESH
a créé et alimenté son catalogue de métadonnées se trouvent dans le document The M
ESH
Online Metadata
Catalogue.doc, accessible dans le dossier des documents de ce Guide M
ESH
.
310 6 - Que peut-on faire avec une carte ?
À faire
¾
Inclure des métadonnées obligatoires et facultatives. Les métadonnées obligatoires assurent le respect des normes minimales pour donner une information utile
(idéalement les métadonnées de base, qui répondent aux questions « Qui ? »
« Quoi ? » « Où ? » « Quand ? »). Les métadonnées facultatives procurent une certaine souplesse parce que toutes les métadonnées ne sont pas nécessairement pertinentes dans tous les cas.
¾
Ajouter des métadonnées à des normes existantes. Cela peut aider un organisme ou un programme à relier son catalogue de métadonnées à un système interne de gestion des données. Exemple : ajouter la cote interne de bibliothèque des documents dans lesquels les données ont été publiées.
¾
Inclure des métadonnées qui permettent d’évaluer la fiabilité d’une carte. Pour les utilisateurs des cartes d’habitats benthiques, il est important de savoir jusqu’à quel point une carte est fiable en rapport avec leurs besoins, et donc quel degré de
confiance ils peuvent avoir envers elle (voir la section 5.5 « La méthode M
ESH d’évaluation de la fiabilité d’une carte » du chapitre 5 « Jusqu’à quel point une carte est-elle bonne ? »).
¾
Vérifier avec soin les valeurs saisies dans les enregistrements de métadonnées. Cela augmente la valeur des métadonnées et facilite la recherche dans le catalogue des
métadonnées. Divers mécanismes sont possibles : utiliser des formulaires de saisie afin de créer directement les enregistrements de métadonnées dans une base de données ; valider automatiquement des modèles de métadonnées importés d’un tableur. Ce dernier mécanisme fonctionne bien lorsque plusieurs fournisseurs de
métadonnées appartenant à des organismes différents versent des enregistrements de métadonnées dans une base de données centrale. Par contre, si une seule personne ou organisation produit les métadonnées, la saisie directe à l’aide de formulaires constitue souvent la meilleure solution.
¾
Concevoir le catalogue de métadonnées de telle sorte qu’il soit accessible en ligne.
Cela encourage les fournisseurs de données à soumettre leurs métadonnées afin de promouvoir leurs ressources.
¾
Concevoir un catalogue ayant le niveau de détail approprié. Il faut inclure suffisamment d’information pour que la recherche dans le catalogue soit fructueuse, mais pas trop pour éviter d’être submergé par le trop grand nombre de résultats ou par une quantité excessive d’information dans chaque enregistrement de
métadonnées.
À ne pas faire
¾
Tenter d’inclure toutes les métadonnées d’une norme existante si elles ne répondent pas aux besoins et constituent un fardeau inutile de saisie et d’entretien. Il ne faut pas oublier que les utilisateurs du catalogue doivent pouvoir interpréter les métadonnées qu’ils reçoivent lorsqu’ils font une recherche, afin de juger si un gisement de données est susceptible de les intéresser. D’autre part, il ne faut pas hésiter à ajouter des
métadonnées à une norme existante, si elles font en sorte que le catalogue réponde mieux aux besoins.
¾
Supposer que des métadonnées saisies manuellement ne contiendront aucune erreur.
Il faut au contraire veiller à valider toutes les entrées.
¾
Utiliser trop de métadonnées qui exigent la saisie d’information sous forme de texte libre. L’utilisation d’un vocabulaire contrôlé peut aider, mais il vient toujours un moment où il faut saisir du texte, et les coquilles risquent de poser des problèmes. Un texte libre rend la recherche plus difficile parce qu’une même entrée peut prendre
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 311
« I.G.N. ». Il faut plutôt tenter d’inclure des éléments dont le domaine (c’est-à-dire l’ensemble des valeurs autorisées) est bien défini, entre autres au moyen d’une liste de termes.
¾
Perdre du temps à copier des entrées d’un catalogue de métadonnées à un autre. Il y a des moyens techniques de partager des enregistrements de métadonnées entre plusieurs catalogues. Pour plus de détails à ce sujet, voir la sous-section 6.2.6
« Comment peut-on mettre en commun des métadonnées ? ».
¾
Construire un catalogue dans lequel il est difficile de faire des recherches sans connaître en détail le système de catalogage. On peut éviter ce piège en élaborant des formulaires de recherche dans la base de données ou en offrant des outils de recherche dans un site Intranet ou Internet.
6.2.6 - Comment peut-on mettre en commun des métadonnées ?
¾
Étant donné le temps et l’argent investis pour créer et alimenter un catalogue de
métadonnées, il faut faire en sorte que cette ressource soit si possible accessible au plus grand nombre. Un catalogue de métadonnées qui sert à la gestion interne des données d’un organisme peut être mis à la disposition de tous les utilisateurs de cet organisme par des mécanismes de recherche dans un réseau local ou un réseau
Intranet. Mais cela ne le rend pas accessible à l’extérieur de l’organisme. Il est possible d’élargir le public auquel le catalogue est destiné en permettant le téléchargement de la base de données à partir d’un site Web, ou en mettant sur pied des fonctions de recherche en ligne grâce auxquelles les utilisateurs sont assurés de consulter la version à jour de la base de données.
¾
Des liens entre plusieurs catalogues de métadonnées en ligne procurent aux utilisateurs un plus grand nombre de sources d’information. Ils prennent la forme de simples hyperliens pour informer les utilisateurs de l’existence d’autres catalogues, ou d’applications qui permettent des échanges d’enregistrements de métadonnées entre des catalogues en ligne. Dans ce dernier cas, une recherche effectuée dans un catalogue de métadonnées en ligne peut donner un résultat qui vient d’un autre catalogue. Cette capacité d’échange de métadonnées participe du concept plus vaste d’interopérabilité. L’interopérabilité est la capacité de communiquer, d’exécuter des programmes ou de transférer des données entre différentes entités fonctionnelles d’une manière qui n’exige, de la part de l’utilisateur, que peu ou pas de connaissances des caractéristiques propres à ces entités
2
. Les modalités de mise en commun de
métadonnées M
ESH
sont décrites dans le document The M
ESH
Online Metadata
Catalogue.doc, accessible dans le dossier des documents de ce Guide M
ESH
.
OceanNET est un site qui héberge trois groupes de travail du Royaume-Uni : le UK
GOOS (Global Ocean Observing System – Système mondial d’observation des océans), le MEDAG (Marine Environmental Data Action Group – Groupe d’action sur les données de l’environnement marin) et le MDIP (Marine Data and Information Partnership –
Partenariat pour les données et l’information sur le monde marin).
Le réseau MED (Marine Environmental Data – Données de l’environnement marin) du
MDIP (Marine Data and Information Partnership – Partenariat pour les données et l’information sur le monde marin) et du GOOSAG (Global Ocean Observing System
Action Group – Groupe d’action pour le système mondial d’observation des océans) donne accès à de nombreux catalogues de métadonnées du Royaume-Uni et de l’Europe, ainsi qu’à des liens vers des catalogues de métadonnées extérieurs au réseau.
Ce site constitue un bon point de départ pour connaître les catalogues de métadonnées
2
Adapté de l’ébauche de rapport technique de l’ISO et de I’IEC (Commission électrotechnique internationale) – Comité technique sur les technologies de l’information – Sous-comité sur les techniques pour l’éducation, la formation et l’apprentissage – Spécification et utilisation d’extensions et de profils [ http://jtc1sc36.org/doc/36N0646.pdf
]
312 6 - Que peut-on faire avec une carte ? marines de l’Europe et du Royaume-Uni dans lesquels il est possible de verser des
métadonnées. Les paragraphes qui suivent décrivent brièvement certains des catalogues disponibles, qui peuvent être particulièrement intéressants pour les intervenants européens dans le domaine de la cartographie des habitats benthiques.
La passerelle National Biodiversity Network Gateway (Réseau national sur la biodiversité) permet de voir des cartes de répartition des espèces et de télécharger des données sur la faune et la flore du Royaume-Uni à l’aide d’une variété d’outils interactifs. Les
métadonnées de chaque jeu de données sont accessibles dans ce site.
Le projet Integrated Coastal Hydrography (Hydrographie côtière intégrée) résulte d’un partenariat entre l’UKHO (United Kingdom Hydrographic Office – Bureau hydrographique du Royaume-Uni), l’Agence de l’environnement, le bureau des levés d’état-major et la
MCA (Maritime and Coastguard Agency – Agence maritime et de la garde-côte). Ce projet a donné lieu à la création d’une métabase de données en ligne contenant des
métadonnées hydrographiques relatives aux études des zones de petit fond des eaux côtières du Royaume-Uni.
Le MIDA (Marine Irish Digital Atlas – Atlas marin numérique de l’Irlande) est une ressource en ligne d’information marine et côtière et de données spatiales en Irlande. Les données appartiennent à quatre catégories principales : gestion, environnement physique, environnement biologique et activité socio-économique. Le site Web contient un catalogue de métadonnées consultable conforme à la norme ISO 19115 relative aux
métadonnées, et un atlas interactif qui permet à l’utilisateur de voir et d’interroger des
couches qui sont la propriété de divers organismes.
MAGIC est un projet en partenariat de six organismes gouvernementaux du Royaume-
Uni. Le site Web du projet contient une carte interactive qui rassemble en un seul lieu de l’information sur des désignations et schémas environnementaux d’importance. Les partenaires du projet sont à l’origine du Coastal and Marine Resource Atlas (Atlas des ressources côtières et marines), qui contient des jeux de données environnementales et autres sur le littoral de la Grande-Bretagne et le plateau continental du Royaume-Uni. Cet atlas est conçu comme un outil Web accessible à partir du site du projet MAGIC. Ce site offre une information diversifiée sur les ressources côtières et marines. Là encore, chaque jeu de données de l’atlas s’accompagne de métadonnées que l’on peut extraire dans le site Web.
6.3 - Mise en commun de cartes
Comme les cartes d’habitats constituent une ressource extrêmement précieuse, il est important de tirer le maximum de chaque carte, qui constitue très probablement la seule
carte d’habitats benthiques d’une zone donnée. Les cartes d’habitats doivent autant que possible être accessibles à la collectivité élargie des sciences et de la gestion du milieu marin, afin d’éviter d’inutiles dédoublements d’efforts pour acquérir des données dans un même territoire. Cette section développe les arguments en faveur de la mise en commun de données et de cartes, puis aborde les questions à considérer pour le transfert de données d’un organisme à un autre. Elle décrit l’utilisation de formats d’échange de
données, la conversion de données à des formats standard, ainsi que les avantages des accords relatifs aux données. L’équipe du projet M
ESH
a défini des formats d'échange de données (voir sous-section 6.3.3) et mis au point des outils pour épurer et mettre en forme des fichiers de formes ArcGIS
MC
. Le fait de compiler ainsi des données existantes joue un rôle vital dans le processus de cartographie des habitats : ces données peuvent intervenir à chacune des étapes principales d’un programme de cartographie, depuis la planification initiale (p. ex. pour déterminer si de nouvelles données sont requises) jusqu’à la production (p. ex. en fournissant des couches de données supplémentaires à analyser)
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 313 et à l’interprétation des résultats (p. ex. en situant des résultats locaux dans un contexte géographique plus large).
6.3.1 - Pourquoi mettre en commun des données ?
Les données de cartographie des habitats marins constituent une ressource extrêmement précieuse, en raison notamment de leur coût d’acquisition, de traitement et d’interprétation. Il est donc crucial de les conserver sous une forme adéquate qui permette d’en tirer le maximum. Un archivage des données (voir paragraphe 6.1.3.1) approprié et efficace est fondamental pour accélérer le processus de mise en commun de donnés avec d’autres programmes ou organismes.
Le terme compilation de données désigne le fait de mettre ensemble des gisements de données existants de sources internes ou externes. On utilise ce terme de préférence à
acquisition de données, qui suppose généralement la création de nouvelles données, par exemple lors d’une campagne de terrain. En théorie, le processus de compilation de données est simple et comporte quatre étapes : localiser le gisement de données, extraire ou obtenir les données voulues, traiter ou convertir les données en fonction des besoins, diffuser les données dans le format résultant. Malheureusement, dans la pratique, la compilation de données est un processus très pénible, parce que les gisements de données sont souvent décrits de façon médiocre et mal archivés.
La réception et le traitement des demandes de données peuvent demander beaucoup de temps de la part des individus et des organismes. Ce fardeau est souvent compliqué si les données sont difficiles à extraire des archives en raison de l’absence d’un système interne de gestion des données. Voici d’autres difficultés communes :
– les données sont antérieures à l’époque où l’archivage sous forme électronique est devenu monnaie courante ;
– le propriétaire craint que les droits de propriété intellectuelle sur ses données soient perdus s’il transmet celles-ci sous forme électronique à d’autres organismes ;
– d’éventuels malentendus concernant les raisons pour lesquelles les données sont compilées risquent d’exacerber les craintes concernant les droits de propriété intellectuelle ;
– les données peuvent être enregistrées dans un format électronique qui n’est plus compatible avec les moyens techniques récents utilisés par de nombreux organismes.
Par contre, la conversion de données à un format permettant une plus vaste diffusion est susceptible de constituer un fort incitatif en faveur de la mise en commun de données. Par exemple, un fournisseur de données peut avoir avantage à promouvoir ses données en ligne en offrant à d’autres programmes les produits qui en découlent, lorsqu’il ne dispose pas des ressources nécessaires pour mettre au point son propre système de cartographie dans le Web. Tout processus de compilation de données doit être examiné avec soin, et il faut idéalement évaluer la probabilité de succès de chaque étape avant d’entreprendre le processus. L’expérience montre que le temps nécessaire dépasse de beaucoup l’estimation originale.
6.3.2 - Comment mettre en commun des données ?
Même le terme en apparence précis de données de cartographie des habitats benthiques recouvre en fait une très vaste gamme de types et de formats de données. À mesure que la technologie de la cartographie du fond de la mer progresse, les fabricants modifient la structure et le format des données brutes, et des changements semblables se produisent dans les formats de données des logiciels de SIG et de cartographie employés pour analyser ces données et produire les cartes finales. Par conséquent, au cours d’un projet de compilation de données, on pourrait avoir l’impression que le nombre de formats de
314 6 - Que peut-on faire avec une carte ? données est presque infini ! Pour surmonter ces difficultés, les destinataires des données doivent définir avec soin le type de données dont ils ont besoin, et décrire un format qui permettra de les intégrer facilement aux autres données compilées ; c’est ce que l’on appelle un format d'échange de données (voir sous-section 6.3.3). Les propriétaires ou fournisseurs de données peuvent alors décider s’ils sont en mesure de répondre à ces exigences et déterminer s’ils seront capables de convertir facilement leurs données, ou s’ils devront fournir les données dans leur format d’origine et laisser à l’organisme destinataire des données le soin de les convertir.
La conversion et la remise en forme de données risquent de prendre beaucoup de temps, et avant d’entreprendre une telle opération, il faut en examiner avec soin les coûts et les bénéfices escomptés. Les gisements de données de cartographie des habitats marins constituent une denrée précieuse, et leurs propriétaires souhaitent généralement retirer le maximum de leur investissement.
Les organismes qui compilent des données les reçoivent à une fraction de leur coût original. Les propriétaires et les destinataires des données doivent s’entendre sur la qualité des données, ainsi que sur des conditions d’utilisation et de diffusion qui tiennent compte de leur valeur. Une telle entente peut être formulée dans un accord formel relatif aux données conclu entre le propriétaire et le destinataire.
6.3.3 - Formats d’échange de données
Un format d’échange de données définit les caractéristiques des données à transmettre entre les parties. Il facilite l’échange de données de cartographie des habitats benthiques entre des individus, des programmes ou des organismes, en énonçant clairement les exigences du destinataire. Les fournisseurs de données n’ont pas toujours le temps de convertir leurs données à un format d’échange. Ils ont quand même intérêt à connaître le
format d’échange de données utilisé, afin d’être au courant du format dans lequel les données qu’ils fournissent seront converties. Dans le contexte de la cartographie des
habitats benthiques, un format d’échange de données peut se rapporter à des données
vectorielles (points, polygones ou traits) ou matricielles (données maillées). Au niveau le plus simple, un format d’échange de données doit :
– indiquer les formats de fichier à utiliser, par exemple fichier CSV (texte avec des virgules comme séparateurs), fichier de formes ArcGIS
MC
pour des données
vectorielles d’un SIG, fichier JPEG ou TIFF pour des données matricielles ou des images ;
– spécifier un système de coordonnées ;
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 315
Nom du champ
FID
Shape
POLYGON
Format original M
ESH
d’échange de données sur les habitats
Type de donnée
(longueur)
Description
Nombre
Identificateur de structure : numéro d’identification interne produit automatiquement pour chaque polygone (non visible lorsque l’on ouvre le fichier .dbf dans MS Excel).
Texte (8)
Texte produit automatiquement, qui indique si la structure est un
polygone, un point ou un trait (non visible lorsque l’on ouvre le fichier .dbf dans MS Excel). Sa valeur est « POLYGON » dans le format original M
ESH
d’échange de données sur les habitats.
Entier long
(Précision 8)
Numéro d’identification de chaque polygone, qui doit être créé manuellement sous forme d’entiers en ordre croissant : 1,2,3, etc.
Il ne faut pas utiliser la valeur 0, qui provoque des
erreurs
dans le SIG webGIS de M
ESH
. Ce numéro d’identification est nécessaire pour identifier le polygone d’origine parce que le contenu de la zone FID peut changer au cours du traitement des jeux de données.
Identificateur exclusif international de la carte d’habitats. Il est
GUI
Texte (8)
ORIG_HAB
Texte (255)
ISO3166-1), suivies de 6 chiffres. Par exemple, l’identificateur d’un jeu de données du Royaume-Uni pourrait être GB000005.
Chaque identificateur exclusif international doit correspondre à un enregistrement dans le
catalogue des métadonnées. Un
modèle de métadonnées est téléchargeable à partir du site Web du projet M
ESH
: www.searchmesh.net
.
Information décrivant le type d’habitat représenté par un
polygone, sous forme d’un code ou de texte (description de l’habitat).
Nom, format, longueur (entre parenthèses) et description des attributs du format original M
ESH d’échange de données sur les habitats
La plupart des spécifications supplémentaires d’un format d’échange de données ne concernent que les gisements de données vectorielles. Elles portent sur les multiples
attributs possibles des données vectorielles, alors que les données matricielles n’ont qu’un seul attribut par pixel. Ces spécifications définissent le nom et le format des attributs correspondant aux structures décrites dans le gisement de données. Deux des principaux l’identificateur de fichier et l’identificateur de structure. Ensemble, ces deux identificateurs constituent une clé exclusive de n’importe quelle structure parmi un ensemble de structures décrites dans différents gisements de données. Cette clé est essentielle pour conserver la trace de chaque structure, puisque les identificateurs internes créés par les
SIG (systèmes d’information géographique) sont souvent remplacés lors de la fusion ou d’autres manipulations de fichiers à l’aide de SIG.
Les formats d’échange de données du projet M
ESH
définissent les formats d’échange de divers types de données, notamment les cartes d’habitats et les données d’échantillons benthiques. Le format original M
ESH
d’échange de données sur les habitats décrit dans le premier tableau ci-après est un format d’échange de données pour des cartes d’habitats.
Il fait partie des formats d’échange de données de M
ESH
et montre comment ce genre d’information peut être transmis à des utilisateurs. Le second tableau montre un exemple de table d’attributs pour un fichier de formes de polygones après conversion au format original M
ESH
d’échange de données sur les habitats.
316 6 - Que peut-on faire avec une carte ?
FID Shape POLYGON GUI ORIG_HAB
0 Polygon Ldig.Ldig
1 Polygon Fser.Fser
2 Polygon BarSh
3 Polygon Asc.Asc
4 Polygon Asc.Asc
5 Polygon Pel/Fspi
6 Polygon Asc.Asc
7 Polygon BarSh
8 Polygon YG/Ver
9 Polygon Him
10 Polygon BPat.Fvesl
Exemple de table d’attributs pour un fichier de formes de polygones après conversion au format original M
ESH
d’échange de données sur les habitats. Le fichier de formes contient 11 structures, et chaque ligne de la table correspond à une seule structure (un polygone dans ce cas-ci).
Les données matricielles n’ont qu’un seul attribut par pixel, de sorte que ces spécifications ne sont pas nécessaires pour les formats d’échange de données matricielles. Les données vectorielles sont traitées avec plus de détails parce qu’elles sont largement utilisées dans le domaine de la cartographie pour visualiser et mettre en commun les résultats des levés du fond de la mer. La mise en forme des données d’attributs pour les rendre conformes à un format d’échange de données peut prendre beaucoup de temps.
Les changements portent généralement sur l’ensemble des attributs et non sur ceux d’une structure particulière, p. ex. ajout, suppression et changement de nom d’attributs.
Les changements de nom d’attributs risquent en particulier de poser des difficultés s’il est important que les attributs demeurent dans un ordre déterminé. Les formats d’échange de
données utilisés dans le cadre du projet M
ESH
précisent aussi l’ordre des attributs de gauche à droite dans la table d’attributs, pour être compatibles avec les fonctions utilisées dans le SIG webGIS de M
ESH
. Le second tableau ci-dessus montre cet ordre : il est essentiel que les attributs POLYGON, GUI et ORIG_HAB soient dans cet ordre. Dans les modules ArcGIS
MC
communément utilisés, il n’est pas possible d’ajouter un attribut ou de modifier le nom d’attributs existants. De plus, à cause de l’ordre strict des attributs, s’il y a une erreur dans le nom du premier attribut « POLYGON », il n’est pas possible de simplement corriger l’erreur en ajoutant dans la table à la droite du dernier attribut
(ORIB_HAB) un nouvel attribut ayant le nom correct, puis en supprimant l’attribut erroné
(après avoir copié les données correspondantes). Au lieu de cela, un tel changement exige des manipulations de données pour conserver l’ordre des attributs dans la table. La quantité de manipulation de données augmente avec le nombre d’attributs.
6.3.4 - Traitement supplémentaire des données
Le traitement de données pour les rendre conformes à un format standard peut demander beaucoup de temps, mais il est essentiel pour rendre un gisement de données accessible
à d’autres au sein d’un organisme ou à l’extérieur. Les deux logiciels de SIG les plus couramment employés en Europe pour la réalisation de cartes d’habitats benthiques sont la suite ArcGIS
MC
de la société ESRI et le logiciel MapInfo Professional
MC
de la société
MapInfo. Les fichiers produits par l’un de ces deux logiciels peuvent être facilement convertis au format de l’autre. En général, il est également possible de convertir les fichiers d’autres logiciels à ArcGIS
MC
ou MapInfo Professional
MC
. L’équipe du projet M
ESH a choisi les fichiers de formes ArcGIS
MC
comme format standard, principalement parce que la majorité de ses partenaires utilisaient ArcGIS
MC
.
Après la conversion des données au format de fichier choisi, les autres caractéristiques d’un gisement de données qu’il faut normaliser sont le système de référence spatiale et
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 317 les attributs de données. Le processus de normalisation peut être accéléré par l’emploi de divers outils de conversion automatique de lots de fichiers ou de vérification du format des données compilées. Beaucoup de ces outils font partie des logiciels de SIG ou sont disponibles dans Internet. Un organisme a aussi la possibilité de créer ses propres outils de conversion.
6.3.4.1 - Système de référence spatiale
Il est possible que les gisements de données d’un organisme utilisent différents systèmes de référence spatiale : latitudes et longitudes, positions en mètres par rapport à un point de référence à la surface de la Terre, etc. Il n’est pas possible de visualiser et de manipuler ces fichiers ensemble dans un SIG sans convertir les gisements de données au même système de référence spatiale. Un format d’échange de données peut spécifier le système de référence spatiale auquel les données doivent être converties. Les SIG comportent des outils qui permettent de changer de système de référence spatiale ou d’en définir un. Par exemple, les fonctions Projections du module ArcToolbox
MC permettent :
– de définir le système de coordonnées d’un jeu de données ;
– de modifier les paramètres d’un système de coordonnées déjà défini ;
– de convertir des données d’un système de coordonnées à un autre.
6.3.4.2 - Noms de fichier
Il est extrêmement utile d’adopter une convention relative aux noms de fichier des gisements de données. Cela facilite beaucoup le catalogage et la récupération de données. Cette convention peut prendre de nombreuses formes et dépend de ce que chacun considère comme étant le plus pratique. Il faut considérer la possibilité d’incorporer dans les noms de fichier un identificateur, une brève description textuelle, ou peut-être même les deux. La présence d’un identificateur dans un nom de fichier est utile si l’on prévoit de relier un gisement de données à un catalogue externe de métadonnées.
Il faut aussi considérer la longueur des noms de fichier, car certains logiciels utilisent encore l’ancien format DOS de 8 caractères, avec un suffixe de 3 caractères. À titre d’exemple, MS Access autorise les noms de fichier plus longs, mais ne peut pas faire le lien avec un fichier Dbase (*.dbf) ayant un nom de plus de 8 caractères. Il est donc sensé d’utiliser des noms dont les 8 premiers caractères constituent un identificateur de fichier
exclusif. Il ne faut pas oublier de documenter la convention relative aux noms de fichier, de sorte que les futurs utilisateurs du système soient en mesure de la respecter. On trouve dans Internet des outils qui aident à nommer de grandes quantités de fichiers selon un format précis. Par exemple, pour le projet M
ESH
, on a téléchargé du site www.den4b.com
le logiciel ReNamer (écrit par Denis Koslov, © 2004-2006), qui a servi à faire des changements par lot de noms de fichier.
6.3.4.3 - Topologie
En plus de définir un système de coordonnées, d’attribuer des noms de fichier et d’ajouter des attributs, il faut aussi considérer la topologie lorsque l’on compile des gisements de données vectorielles. Dans les SIG modernes, la topologie se rapporte aux relations entre structures adjacentes. La topologie peut sembler très éloignée des préoccupations de la
cartographie des habitats benthiques, mais il est essentiel d’en tenir compte lorsque l’on compile des données cartographiques. Les règles topologiques supposent que les structures géographiques existent dans un plan, donc en deux dimensions. Les structures spatiales sont donc représentées par des nœuds (cellules à 0 dimension), des arêtes
(cellules à 1 dimension) ou des polygones (cellules à 2 dimensions).
Pour une description plus complète de la topologie, se reporter à la sous-section 4.5.1.
318 6 - Que peut-on faire avec une carte ?
6.3.5 - Accords relatifs aux données
Un accord relatif aux données est un contrat qui définit les conditions d’utilisation et de diffusion d’un gisement de données (dictées par le propriétaire des données lorsque celles-ci sont transmises à un autre organisme), ainsi que les attentes du destinataire quant à la qualité et à la validité des données compilées. Un tel accord est nécessaire pour assurer que les deux parties (le fournisseur et le destinataire des données) comprennent clairement sur quelles bases les données sont fournies et peuvent être conservées, utilisées et diffusées. Cela est particulièrement important lorsque les données servent à compiler de nouvelles cartes d’habitats susceptibles d’être diffusées à des tiers.
L’équipe du projet M
ESH
a élaboré un Accord de fourniture de données, qui constitue un contrat entre un partenaire identifié du projet M
ESH
, JNCC Support Co., et toute personne ou organisme qui fournit des données (par exemple des cartes d’habitats) destinées à
être utilisées dans le cadre du projet M
ESH
. La figure ci-après montre où se situe cet accord dans les flux de données. L’accord de fourniture de données du projet M
ESH
(fichier M
ESH
Data Provider Agreement.doc) est accessible dans le dossier des documents.
Place de l’accord de fourniture de données du projet
M
ESH
dans le flux des données et métadonnées de cartographie des
habitats
benthiques du projet M
ESH
6.4 - Conversion de cartes
Lorsqu’ils produisent une carte d’habitats marins, les cartographes choisissent les entités cartographiques les mieux adaptées à la finalité de la carte, par exemple pour décrire des structures physiques à échelle globale ou une information biologique détaillée. La variété des raisons pour lesquelles on dresse des cartes du fond de la mer entraîne une variété presque aussi grande d’entités cartographiques. Dans le contexte de la cartographie des
habitats marins, ces entités sont des classes d’habitat. Un ensemble défini de classes d’habitat s’appelle une typologie des habitats. Dans le cadre du projet M
ESH
, on appelle
« traduction » le processus de conversion des classes d’habitat d’une typologie à une autre. Cette section aborde les avantages et la faisabilité d’une telle traduction, ainsi que les processus qui permettent de la réaliser. Elle met l’accent sur la traduction dans la
typologie E
UNIS
(EUropean Nature Information System – Système européen d’information sur la nature), parce que c’est la typologie commune utilisée dans le cadre du projet
M
ESH
. Devant une panoplie de cartes – souvent créées à des fins différentes, puis regroupées dans le cadre d’un projet de compilation de données – il est naturel de vouloir utiliser ces cartes pour répondre à des questions sur la présence et l’étendue de certains
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 319
habitats. Il est impossible de répondre à ces questions sans d’abord convertir les cartes à un ensemble commun d’entités cartographiques, en l’occurrence des classes d’habitat.
Une telle traduction est essentielle dans le domaine de la cartographie des habitats marins, afin que les cartes puissent servir à répondre au plus grand nombre possible de questions.
6.4.1 - Pourquoi traduire des cartes ?
La traduction apporte une valeur ajoutée aux programmes de cartographie déjà réalisés.
Supposons par exemple qu’une étude d’impact environnemental relative au développement d’un port local ait donné lieu à la production d’une série de cartes d’habitats selon une typologie locale. Ces cartes représentent en fait un inventaire local de la zone étudiée. La traduction de ces cartes dans une typologie nationale ou internationale permet de placer cet inventaire local dans un contexte national ou international plus large. Le tableau ci-après énumère des portées typiques de programmes de cartographie et la typologie souvent utilisée à chaque niveau.
Portée du programme
Locale
Finalité du programme Exemple de typologie utilisée
Évaluation d’impact environnemental, p. ex. cartes d’habi-tats produites dans le cadre du développement d’un port
Classes d’habitats propres à un seul programme local de cartographie
Nationale
Européenne ou internationale stratégique
Programme national de
cartographie
Programme européen de
cartographie (p. ex. M
ESH
)
Classes d’habitats utilisées pour un ensemble de cartes d’une région
Typologie des habitats marins de
Grande-Bretagne et d'Irlande
Typologie E l’Annexe I
UNIS
ou types d’habitat de
Différentes portées de programmes de cartographie et typologies correspondantes
Le concept de traduction ne se limite pas aux cartes d’habitats. La Commission géologique britannique l’a démontré en traduisant ses cartes traditionnelles au 1/250 000 des sédiments marins (cartes qui ne contiennent aucune information biologique) en un ensemble de cartes traditionnelles modifiées donnant une classification équivalente à un niveau élevé de la typologie E
UNIS
, ce qui constitue un point de départ important en vue de la cartographie des habitats. Des cartes produites à une fin donnée peuvent donc servir à d’autres fins, au prix d’un effort de traduction relativement limité.
En plus d’apporter une valeur ajoutée à des cartes existantes, la traduction dans une
typologie commune permet de donner une perspective régionale ou internationale à un programme local de cartographie. Supposons par exemple que des études locales aient permis de cartographier à l’échelon national la répartition d’habitats menacés, par exemple un herbier de phanérogames marines. Si les cartes produites font appel à des
typologies différentes, il devient très difficile de les comparer à l’échelon du pays, et encore plus difficile à l’échelon international. Si ces études locales sont reliées à une
typologie nationale ou internationale, les décideurs, les gestionnaires de l’environnement marin et toutes les parties prenantes peuvent examiner la répartition d’un habitat donné dans une perspective nationale ou internationale.
Les partenaires du projet M
ESH
ont choisi la typologie européenne E
UNIS
comme
typologie commune à utiliser dans le cadre du projet M
ESH
. La typologie E
UNIS
a été récemment révisée, et le projet M
ESH
a été perçu comme un banc d’essai utile de la nouvelle version. En plus de la typologie E
UNIS
, L’Annexe I
3
, la Convention OSPAR
4
et le
3
Les habitats de l’Annexe I sont ceux énumérés dans la directive 92/43 de la CE.
320 6 - Que peut-on faire avec une carte ?
UKBAP
5
ont été choisis comme sources de classification ajoutant de la valeur aux programmes locaux et nationaux de cartographie des habitats.
La traduction de cartes d’habitats dans une typologie telle qu’E
UNIS
présente des avantages, mais il faut s’assurer qu’une carte donnée se prête à une telle traduction.
6.4.2 - Une carte donnée peut-elle être traduite ?
Lorsque l’on envisage de traduire une ou plusieurs cartes dans une autre typologie, la première étape à franchir est de vérifier si cette traduction est possible. Il ne faut pas oublier que certaines typologies sont par nature incompatibles entre elles. Cette incompatibilité vient en grande partie des méthodes utilisées pour définir les classes d’habitat : paramètres différents ou seuils différents pour chaque paramètre. Il est donc conseillé de procéder à une vérification préliminaire des cartes à traduire, en comparant les habitats représentés sur ces cartes à ceux de la typologie d’arrivée de la traduction.
Prenons l’exemple ci-dessous montrant la correspondance entre deux typologies. Le rectangle beige, à l’extrême gauche, contient la désignation d’une forme de vie sur la
carte à traduire, à peu près équivalente à une classe de niveau 4 de la typologie E
UNIS
: forêt d’algues brunes. Cette classe peut être traduite par une classe de niveau plus
élevée d’E
UNIS
(« Rocher infralittoral », de niveau 2). Pour déterminer la classe d’habitat à un niveau plus bas de la typologie E
UNIS
(niveau 3 ou 4), il faudrait d’autres données, par exemple sur l’exposition aux vagues ou les courants de marée, afin de déterminer le type de rocher infralittoral dont il s’agit.
Correspondance entre deux typologies : formes de vie à gauche et E
UNIS
à droite
Lorsque les typologies de départ et d’arrivée ont une structure (hiérarchique) semblable, le processus de traduction est relativement aisé. C’est le cas par exemple de la
typologie
des habitats marins de Grande-Bretagne et d'Irlande et de la typologie E
UNIS
. C’est l’un des exemples de la figure suivante, qui montre le degré de compatibilité entre E
UNIS
et d’autres typologies. Trois étoiles indiquent que les classes d’habitat d’un niveau donné de la typologie de départ correspondent généralement à des classes de même niveau dans la typologie d’arrivée, de sorte que l’effort de traduction requis est minimal.
4
Il s’agit de la liste initiale des habitats menacés ou en déclin adoptée par la Commission OSPAR en
4
2003 et modifiée en 2004.
UK Biodiversity Action Plan – Plan d’action du Royaume-Uni concernant la biodiversité
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 321
Original classification scheme
National Marine Habitat
Classification for Britain & Ireland
Regional classification systems
Lifeforms
Target classification scheme
EUNIS
EUNIS
EUNIS
Compatibility i.e. effort to translate
Local classification systems EUNIS
Degré de compatibilité entre une typologie de départ et la typologie E
UNIS
Dans cette figure, deux étoiles indiquent que seulement certaines classes correspondent, alors que d’autres exigent un effort de traduction plus grand pour donner un même niveau dans la typologie d’arrivée. Une étoile indique qu’aucune ou très peu de classes sont susceptibles de correspondre, et qu’un effort considérable de traduction sera nécessaire.
Dans certains cas, les deux typologies sont incompatibles et aucune traduction n’est possible. Il faut savoir qu’une cause possible d’une telle incompatibilité est que la
typologie d’arrivée ne définit pas de manière appropriée les milieux cartographiés. Un résultat de la traduction est alors la détection de ces lacunes et une éventuelle proposition de nouveaux types d’habitat. Il faut donc mettre sur pied un système permettant d’enregistrer de nouveaux types d’habitat.
6.4.3 - Le processus de traduction
Les formats de données vectorielles sont couramment utilisés en cartographie des
habitats marins, en partie à cause de la souplesse avec laquelle ils permettent d’appliquer de nombreux attributs à des structures. Dans le contexte de gisements de données
vectorielles, la traduction suppose des ajouts ou des modifications aux attributs d’une structure représentée par un point, un polygone ou un trait.
L’attribut essentiel à ajouter à chaque structure est la classe d’habitat correspondante selon la typologie d’arrivée. C’est une bonne chose d’ajouter d’autres attributs tels que la date et la méthode de traduction, ainsi que tout commentaire utile ; ces attributs supplémentaires constituent une piste de vérification qui permet de retracer les choix effectués au cours de la traduction. Le processus de traduction varie selon le nombre de
cartes à traduire, mais il comprend essentiellement deux étapes.
La première étape consiste à établir la correspondance entre les classes d’habitat de la
typologie de départ et celles de la typologie d’arrivée. Cette correspondance peut être
établie par un expert, qui examine chaque classe d’habitat des données de départ et choisit la classe d’habitat correspondante dans la typologie d’arrivée. Ce processus risque de prendre énormément de temps, mais il demeure raisonnable lorsque le nombre de
cartes à traduire est restreint.
Lorsqu’un grand nombre de cartes utilisent une même typologie, il vaut la peine de construire une table de correspondance entre les typologies de départ et d’arrivée, ou si possible d’utiliser une table existante. Cette méthode fait aussi intervenir un expert pour la construction de la table de correspondance, mais une fois que celle-ci est définie, elle est disponible pour des traductions ultérieures. Malheureusement, aucune de ces deux approches n’est utile lorsque l’on doit traduire un grand nombre de cartes qui font toutes appel à des typologies différentes. Il faut alors construire plusieurs tables de
322 6 - Que peut-on faire avec une carte ? correspondance en examinant les classes d’habitat des données d’origine et celles de la
typologie d’arrivée, et élaborer ce faisant un dictionnaire de traduction.
La seconde étape du processus de traduction consiste à mettre à jour les fichiers de données en y mettant le résultat de la première étape, que ce résultat découle d’un avis d’expert ou de l’application d’une table de correspondance. Les fichiers de données peuvent être modifiés manuellement, mais un fichier de plus d’une centaine de polygones se prête mieux à d’autres méthodes telles que des interrogations dans une base de données.
Lorsque l’on traduit un grand nombre de cartes, un processus automatisé facilite la mise à jour des attributs. Certains partenaires du projet M
ESH
ont eu recours à cette méthode automatisée, utilisant des modules MS Access écrits sur mesure pour ajouter aux fichiers de données les attributs voulus. L’arbre de décision ci-après montre les questions auxquelles il faut répondre avant de choisir une méthode de traduction. Pour plus de détails sur les deux étapes du processus de traduction exposées ici, voir le document
M
ESH
Translation Worked Example.doc, accessible dans le dossier des documents de ce
Guide M
ESH
.
6 - Que peut-on faire avec une carte ?
La traduction est-elle possible : les entités cartographiques de départ et d’arrivée sont-elles compatibles ?
Non
Les typologies ne sont pas toutes compatibles.
Envisager la traduction vers d’autres typologies.
323
A-t-on accès à des données supplémentaires, p. ex. sur les substrats, la bathymétrie, la biologie ?
Compiler des données supplémentaires (les données nécessaires dépendent de la typologie d’arrivée)
Les compétences requises pour faire la traduction sontelles disponibles ?
Non
Y a-t-il un grand nombre de cartes contenant une grande variété de classes d’habitat ?
Utiliser les services d’experts externes pour faire la traduction
Les tables de correspondance entre les classes d’habitat de départ et d’arrivée sont-elles déjà disponibles ?
Non
Non
Faut-il construire un dictionnaire de traduction afin que le processus puisse
être répété pour d’autres cartes utilisant la même
typologie ?
Oui
Recommander l’établissement de tables de correspondance en vue d’un processus semi-automatique
Recommander le recours à un processus manuel de traduction
Arbre de décision guidant le choix de la méthode de traduction appropriée
324 6 - Que peut-on faire avec une carte ?
6.4.3.1 - Utilisation de données supplémentaires
Lorsque l’on fait une traduction d’une typologie de départ à une typologie d’arrivée, il est fortement conseillé d’utiliser des données supplémentaires. Une classe d’habitat de départ peut avoir plusieurs traductions possibles dans la typologie d’arrivée, selon l’environnement précis ou « enveloppe » dans lequel se trouve l’habitat en question.
Lorsque cela se produit, des données supplémentaires sont essentielles pour que l’on puisse choisir la bonne classe de la typologie d’arrivée. Par exemple la classe MNCR
97.06, qui correspond à des graviers et sables littoraux, se traduit dans la typologie E
UNIS par les classes A2.1 ou A2.2, selon que le sédiment est sableux ou plus grossier. Voici les données supplémentaires suggérées :
– l’atténuation de la lumière, pour compléter les données bathymétriques et définir de manière plus précise les zones photique et aphotique, selon la quantité de lumière qui atteint le fond à certaines profondeurs ;
– le substrat, pour faire la distinction entre les classes d’habitat qui ne se différencient que par le type de substrat ;
– l’exposition aux vagues, afin de distinguer les régimes hydrodynamiques pour les
biocénoses rocheuses (niveau 3 de la typologie E
UNIS
) particulièrement utiles lorsque la description de l’habitat de départ comporte une
information biologique détaillée, mais sans indication du niveau d’énergie hydrodynamique du milieu ;
– la salinité, pour faire la distinction entre des classes d’habitat possibles, notamment dans les estuaires ;
– les courants de marée, pour distinguer les biocénoses rocheuses dans les zones balayées par les marées.
Les données supplémentaires varient selon la carte d’habitats à traduire, mais les données ponctuelles d’échantillons du fond sont parmi les plus utiles. C’est le cas par exemple des échantillons recueillis par observation directe (en plongée, ou à pied sur le littoral) ou à l’aide de caméras (sur bâti vertical, remorquées ou à bord d’un véhicule téléguidé), ou encore prélevés à la benne ou à la drague. Ce type d’information est particulièrement précieux si l’interprétation des échantillons les classe en fonction de la
typologie d’arrivée : cela peut donner au traducteur une indication des habitats présents dans le voisinage. Dans le cadre du projet M
ESH
, on a mis au point un logiciel d’affectation de classes d’habitats (en abrégé HMP pour Habitat Matching Program), qui
établit la correspondance entre les données biologiques et physiques d’échantillons et les
classes de la typologie E
UNIS
(voir le paragraphe « Logiciel d'affectation de classes d'habitat » (p. 200) du chapitre 4, « Comment réalise-t-on une carte ? »). Les données ponctuelles d’échantillons peuvent être géoréférencées dans un SIG de telle sorte que chaque polygone d’habitat soit relié aux échantillons de validation qui en font partie.
Les données supplémentaires peuvent aider à prendre des décisions de traduction afin de choisir la bonne classe dans la typologie d’arrivée, mais elles ne doivent pas servir à réinterpréter les données originales. Par exemple, un groupe de polygones classés comme « vase sublittorale » dans la carte d’habitats de départ ne doit pas être supplémentaires montrent la présence de sable sublittoral ; la personne qui a produit la
carte originale avait peut-être des indications prépondérantes, non disponibles pour le traducteur, qui justifiaient le choix de la classe « vase sublittorale ». Par contre, dans de tels cas, il faut ajouter dans les attributs du fichier de données une note indiquant que, d’après l’information disponible pour le traducteur, il y a une incertitude concernant la
classe d’origine.
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 325
6.4.3.2 - Relations de traduction
Lorsque l’on fait une traduction, il est important d’indiquer la relation entre la classe de départ et la classe d’arrivée correspondante. Les utilisateurs des cartes traduites peuvent examiner ces relations pour savoir jusqu’à quel point la traduction est susceptible d’être exacte, c’est-à-dire jusqu’à quel point la classe d’arrivée représente bien ce qui avait été cartographié à l’origine. Les relations entre classe de départ et classe d’arrivée peuvent
être simplement exprimées par un symbole comme ceux qui figurent dans le tableau cidessous. Par exemple, lorsqu’il y a une relation biunivoque entre la classe de départ et la
classe d’arrivée, l’utilisateur sait que la traduction a donné la bonne classe. Par contre, lorsqu’une classe de la typologie de départ correspond à plusieurs classes de la typologie d’arrivée (relation de un à plusieurs), il est possible que la classe d’arrivée choisie lors de la traduction ne soit pas la bonne.
Habitat selon la typologie de départ
Symbole de relation
Habitat selon la typologie d’arrivée
Explication
L’habitat X est le même que entre les classes d’habitat.
L’habitat X est presque le même
X ~ Y que l’habitat Y.
L’habitat Y est contenu dans l’habitat X relation de un à plusieurs.
L’habitat X est contenu dans l’habitat Y relation de plusieurs à un.
X # Y partiellement celle de l’habitat Y.
Exemples de symboles utilisés pour représenter les relations entre les classes de deux typologies
Lorsque l’on traduit dans une typologie hiérarchique, le niveau hiérarchique dans la
typologie d’arrivée est un facteur important de la relation de traduction. Le degré de
fiabilité d’une traduction peut être élevé dans les niveaux supérieurs de la hiérarchie, mais il diminue à mesure que l’on descend vers les niveaux inférieurs. Par exemple, on peut
être relativement certain qu’un polygone correspond à des sédiments sublittoraux sans pouvoir affirmer s’il s’agit d’une zone de sédiments mixtes ou de sédiments grossiers. Il est facile de traduire d’une typologie de départ aux niveaux supérieurs de la hiérarchie de la typologie d’arrivée, et cela ne requiert que peu ou pas de données supplémentaires, mais la carte qui en résulte est d’une utilité limitée. En effet, elle ne montre alors que la répartition de classes d’habitat générales, et une grande partie de l’information contenue dans la carte de départ est donc perdue. Lorsque l’on traduit vers les niveaux inférieurs de la typologie d’arrivée, des données supplémentaires sont probablement nécessaires pour que la traduction ait un niveau de fiabilité acceptable ; cela requiert davantage de ressources, mais la carte résultante contient davantage d’information. Il incombe à la personne qui fait la traduction de juger du niveau hiérarchique approprié dans la typologie d’arrivée. Il est essentiel d’incorporer dans le fichier de données traduit un attribut servant
à enregistrer les commentaires du traducteur à ce sujet.
326 6 - Que peut-on faire avec une carte ?
6.5 - Combinaison de cartes
Lorsque l’on rassemble des cartes produites dans le cadre de divers programmes de
cartographie des habitats, il est probable que des cartes se chevauchent en certains endroits. Un tel chevauchement ne pose aucun problème en soi. Cependant, les cartes qui se chevauchent ont probablement été produites à des échelles différentes, à des fins différentes et avec des méthodes différentes. Même après une traduction dans une
typologie commune, il est prévisible que des cartes ne concordent pas toujours dans les zones où elles se chevauchent. De plus, chaque carte est produite pour être vue à une
échelle précise, et la combinaison de plusieurs cartes en une seule vue cartographique
électronique (par exemple dans un SIG ou un site interactif de cartographie) permet à l’utilisateur de faire à sa guise des zooms avant ou arrière afin de voir la carte à l’échelle de son choix. Cela donne l’illusion de cartes sans échelle, contrairement aux cartes imprimées, où la taille d’une structure que l’on peut distinguer dépend de la grandeur de la feuille de papier utilisée. Cette section propose quelques solutions aux problèmes posés par la combinaison de cartes électroniques, notamment ceux qui sont dus au chevauchement de cartes et à leur visualisation à une échelle variable. Une carte est conçue pour transmettre un message à l’utilisateur, et les cartographes se plaisent souvent à dire qu’« une image vaut mille mots ». La clarté du discours de ces « mille mots » une fois qu’une carte est combinée avec d’autres dépend du succès avec lequel on a relevé les défis de la combinaison de plusieurs cartes.
6.5.1 - Cartes qui se chevauchent
Lorsque les structures traitées dans différents programmes de cartographie se chevauchent géographiquement, mais que leurs attributs ne concordent pas, les problèmes dus au chevauchement peuvent être traités à l’échelon de la carte entière ou de chaque structure. À l’échelon de la carte, il s’agit de décider laquelle des cartes qui se chevauchent aura la priorité. Cette décision repose sur l’information fournie dans les
métadonnées qui décrivent chaque programme de cartographie, et en particulier toute
éventuelle évaluation de la fiabilité de la carte. Prenons par exemple le cas de deux
cartes qui se chevauchent et contiennent de l’information contradictoire ; la première a été produite à l’aide d’un échosondeur multifaisceaux de haute qualité, d’un sonar à balayage latéral et d’une campagne de terrain à haute densité (fiabilité élevée), alors que la seconde a été produite par interpolation à partir d’échantillons (fiabilité peu élevée). La première carte aura la priorité sur la seconde sur la base de l’évaluation de fiabilité. En supprimant la partie de la carte la moins fiable qui est également présente dans la carte la plus fiable, on ne conservera qu’une couche provenant d’un seul des deux programmes de cartographie.
L’autre option de traitement des problèmes dus au chevauchement consiste à évaluer les structures, appelées polygones en cartographie, de la partie commune des cartes qui se chevauchent. Il s’agit d’une approche beaucoup plus fine que le traitement à l’échelon de la carte entière décrit ci-dessus. Elle exige des métadonnées extrêmement détaillées qui décrivent chaque polygone, ainsi qu’une cote de fiabilité standard pour chaque polygone des différentes cartes, ce qui est irréaliste lorsque des cartes proviennent de sources diverses et ont probablement été produites par de nombreuses méthodes différentes. À titre d’exemple, dans le cas d’une traduction, les relations entre les typologies de départ et d’arrivée pourraient être prises en considération à l’échelon de chaque polygone, puisque certains polygones ont une classe d’habitat qui correspond bien à la typologie d’arrivée, contrairement à d’autres pour lesquels la correspondance est moins bonne et qui de ce fait auraient une priorité plus faible dans une fusion visant à produire une seule couche selon une même typologie. En résumé, cette approche par structure n’est réaliste que s’il y a un petit nombre de cartes qui se chevauchent, et ce dans un territoire à propos duquel on dispose de suffisamment de connaissances pour déterminer quels polygones représentent le mieux les habitats benthiques qui s’y trouvent.
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 327
6.5.2 - Cartes à différentes échelles
Lorsque l’on regarde une carte à échelle fine dans l’environnement dynamique d’un SIG, celle-ci apparaît rapidement surchargée d’information lorsque l’on fait un zoom arrière pour la visualiser à une échelle plus globale. Une bonne illustration de cela est donnée par les cartes routières. Une carte d’état-major au 1/25 000 peut montrer le même territoire qu’une carte routière au 1/200 000, mais le contenu de la première est généralisé dans la seconde, de sorte que la carte routière ne montre que l’information clé, par exemple les routes principales. De la même manière, des cartes d’habitats détaillées requièrent un certain degré de généralisation quand on veut les regarder ensemble dans un contexte plus global. L’exemple ci-dessous montre que, si l’on fait un zoom arrière dans un SIG sur une carte d’habitats à échelle très fine, il devient très difficile de distinguer les différentes structures, la carte devient floue et ne transmet plus aucune
information. Cette confusion risque de faire perdre de vue les grandes tendances de la répartition des habitats.
Exemple d’affichage à différentes échelles d’une même carte d’habitats marins : on voit à gauche une
carte
au 1/50 000, et à droite la même carte au 1/1 000 000.
La généralisation cartographique est le processus qui consiste à adapter l’information représentée sur une carte à l’échelle à laquelle celle-ci est affichée. Plusieurs méthodes de généralisation permettent d’améliorer la clarté d’une carte d’habitats benthiques affichée dans un SIG. Le lissage atténue les angles des structures en supprimant des vecteurs. La mise en évidence fait ressortir des détails précis, par exemple les structures de l’Annexe I représentées sur une carte d’habitats benthiques. La combinaison de structures est possible si leur séparation n’est pas pertinente à l’échelle de la carte. En
cartographie des habitats benthiques, cela peut se faire en regroupant des structures à un niveau hiérarchique supérieur de la typologie (voir à ce sujet le prochain paragraphe). De nombreux processus de généralisation cartographique sont automatisés dans des SIG.
Des outils automatisés de filtrage de cartes maillées sont présentés plus loin.
6.5.2.1 - Regroupement de classes d’habitat
Cette méthode n’est utilisable que pour une carte dont les classes sont celles d’une
typologie hiérarchique ou peuvent être traduites dans une telle typologie. Une typologie hiérarchique repose généralement sur la prémisse selon laquelle plus une classe se situe haut dans la hiérarchie, plus sa définition est générale.
328 6 - Que peut-on faire avec une carte ?
Carte d’habitats
détaillée au niveau 5 de la typologie E
UNIS
, par exemple Echinocardium cordatum et espèces d’Ensis dans des sables fins vaseux en zone inférieure du littoral ou en zone sublittorale de petit fond
Carte d’habitats
généralisée au niveau 3 de la typologie E
UNIS
: les polygones sont classifiés selon l’un des cinq types de sédiment sublittoral, par exemple sédiment grossier sublittoral, sable sublittoral, etc.
Carte d’habitats
généralisée au niveau 2 de la typologie E
UNIS
: tous les polygones sont classifiés comme sédiments sublittoraux
Exemple de généralisation possible dans la hiérarchie E
UNIS
(échelle 1/500 000)
La suite de cartes ci-dessus montre un exemple de ce qui se passe à mesure que l’on monte dans la hiérarchie de la typologie E
UNIS
. En comparant les cartes des niveaux 5 et 3 de la
typologie E
UNIS
, il y a peu de différence dans le contenu en information de la carte, probablement parce que très peu de polygones avaient été classifiés jusqu’au niveau 5. Par contre, lorsque la carte est généralisée au niveau 2, presque toute l’information qui pourrait être utile à cette échelle est perdue. Par contre, une généralisation au niveau 2 de la typologie E
UNIS pourrait être appropriée à une échelle plus globale que celle de cette carte au 1/500 000. Une amélioration de la clarté d’une carte généralisée dépend en grande partie de polygones adjacents qui appartiennent à la même « branche » d’une typologie hiérarchique, comme
« sédiment sublittoral » dans l’exemple ci-dessus. Ce n’est pas toujours le cas, et il est donc possible que de nombreux polygones d’habitat soient conservés même à un niveau élevé de la
typologie. Par conséquent, il est possible qu’une vue à échelle globale d’un territoire hétérogène demeure peu claire, même après généralisation à un niveau supérieur d’une typologie hiérarchique.
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 329
6.5.2.2 - Filtrage automatisé de données matricielles
De nombreux SIG comportent des outils de filtrage de données matricielles (ou données maillées) qui constituent un moyen de généralisation cartographique. Ils permettent de réduire le niveau de détail de données matricielles qui contiennent plus d’information que nécessaire. La figure ci-dessous montre un exemple de traitement d’une image satellitaire
à l’aide de fonctions du module Spatial Analyst du logiciel ArcGIS
MC
de la société ESRI.
Classification
brute à partir d’une image satellitaire Résultat de la fonction « MajorityFilter » appliquée au résultat de la fonction « Nibble »
Exemple de généralisation cartographique d’une image satellitaire à l’aide du module « Spatial
Analyst » mis au point par ESRI
Par rapport à un simple regroupement des classes d’habitat à un niveau supérieur d’une
typologie, une telle généralisation cartographique automatisée présente l’avantage de conserver quelques occurrences d’habitats rares et protégés. Ces habitats se présentent généralement à un niveau détaillé d’une typologie hiérarchique puisqu’ils sont souvent propres
à certaines espèces. À titre d’exemple, les récifs de Sabellaria (code E
UNIS
A5.611) ou les bancs d’Ostrea edulis (code E
UNIS
A5.435) peuvent servir d’indicateurs de la biodiversité.
Dans le schéma ci-dessous d’une procédure de généralisation, on remarque que, même si la petite zone de récif de Sabellaria reef est « perdue » dans le processus, la zone plus grande de ce type d’habitat est conservée, de sorte que cet habitat est quand même représenté sur la carte généralisée. Il est à noter que si les habitats de ce schéma avaient
été regroupés au niveau 3 ou à un niveau supérieur de la typologie E
UNIS
, les cellules en bleu auraient été classifiées A5.4 (sédiment mixte sublittoral), et les cellules en vert A5.6
(récif sublittoral biogène), et l’information sur la répartition de Sabellaria n’aurait plus été disponible sur la carte généralisée. Évidement, les procédures automatisées de généralisation posent-elles aussi des problèmes ; il est souvent nécessaire de mettre au point des méthodes propres à chaque carte, afin de conserver le niveau de détail voulu.
Exemple de procédure de généralisation qui consiste à examiner les cellules d’une zone définie (cadre rouge), à déterminer la classe d’habitat majoritaire et à attribuer cette classe à toutes les autres cellules de la zone
330 6 - Que peut-on faire avec une carte ?
6.6 - Diffusion de cartes dans Internet
Les progrès rapides de l’informatique depuis une dizaine d’années ont accéléré l’accès aux données et leur traitement, ce qui a modifié radicalement notre approche de la recherche et de la gestion en matière d’environnement marin. Il est maintenant possible de rechercher rapidement de l’information de multiples sources dans Internet, et même de télécharger des données (de manière réelle pour les stocker, ou virtuelle par un accès dynamique) en vue de les afficher et de les analyser localement. La diffusion de cartes dans Internet présente plusieurs avantages importants, autant pour les propriétaires que pour les utilisateurs de cartes : la diffusion de l’information permet d’économiser des ressources en faisant connaître les données déjà disponibles et ainsi éviter des levés supplémentaires ; les propriétaires bénéficient de la publicité à propos de données qu’ils possèdent ; les cartes sont accessibles au personnel à l’extérieur du réseau Intranet ou du réseau local de leur bureau. Ces avantages s’accompagnent néanmoins de certains problèmes : la multiplication des sites Web de cartographie entraîne souvent de la confusion chez les utilisateurs sur les sites à consulter pour trouver des données sur le milieu marin. La disponibilité de cartes en ligne amène des non-experts à utiliser et à interpréter des cartes dans n’importe quel but, sans avoir à consulter des spécialistes des
habitats, ni à réfléchir aux méthodes employées pour les levés. On ne ressent plus comme autrefois le besoin de communiquer avec les auteurs des cartes. Avant de décider de réaliser un site Web pour la diffusion de données de cartographie, il est essentiel de vérifier si l’on ne pourrait pas économiser des ressources en versant plutôt ces données dans un site Web de cartographie existant.
La technologie des SIG sur micro-ordinateur et l’avènement de normes internationales relatives aux données permettent de réaliser des visualisations complexes de données spatiales, souvent à partir de données situées à la fois sur place et dans des serveurs
Internet à distance. Cette section explique comment rendre des cartes accessibles par
Internet, que ce soit en alimentant ou en créant un site Web, et résume comment combiner des cartes avec d’autres cartes accessibles en ligne.
6.6.1 - Alimentation d’un site Web de cartographie existant
De nombreux programmes et organismes prennent actuellement en charge la
cartographie par Internet. Pour un organisme qui a des ressources limitées, mais qui souhaite diffuser ses données de cartographie, l’option la plus simple est probablement de verser ses cartes dans un site Web de cartographie existant. Cela se traduit certainement par des économies de temps et d’argent, puisqu’il n’est pas nécessaire de créer son propre site, au prix toutefois d’une certaine perte de contrôle sur la manière dont les données sont affichées en ligne. L’une des parties les plus difficiles du processus est de démêler l’écheveau complexe des sites locaux, nationaux et internationaux qui se consacrent à la diffusion de données de cartographie des habitats marins, afin de trouver lequel convient le mieux. La décision dépend souvent de considérations pratiques comme le fait qu’un site accepte ou non des données d’autres organismes, le type de données dans lequel il se spécialise, ainsi que ses exigences en matière de format des données.
Ce dernier point ne doit pas être négligé, puisqu’un site peut exiger que les données soient fournies dans un format précis. À titre d’exemple, les cartes d’habitats versées dans le SIG webGIS de M
ESH
le sont dans un format d’échange de données, afin de simplifier le processus de compilation des cartes. Les sites Web exigent également de fournir des métadonnées qui décrivent les données versées. Dans le choix d’un site, il faut tenir compte de son profil et de sa longévité. Quelle est la réputation d’un site existant dans le secteur de la cartographie des habitats marins ? Quel est l’avenir du site en question ?
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 331
6.6.2 - Construction d’un site Web de cartographie
Il y a deux avenues principales de construction d’un site Web de cartographie : mettre au point un logiciel sur mesure ou personnaliser un logiciel existant, afin de l’adapter à des besoins précis. On trouve dans Internet des exemples des deux manières de procéder, mais la seconde est plus répandue et potentiellement plus économique. Parmi les logiciels de développement disponibles sous licence, mentionnons ArcIMS
MC
, de la société ESRI, et MapExtreme
MC
, de la société MapInfo. Plus récemment, on a vu apparaître des logiciels libres, tels que MapServer , dont l’exploitation dans un serveur
Web ne requiert pas de licence commerciale. À moins que les fonctions de cartographie voulues soient extrêmement complexes à réaliser à l’aide des divers logiciels existants, le développement d’un logiciel sur mesure n’est probablement pas justifiable. Les divers environnements de développement ont chacun leurs avantages et leurs inconvénients, mais le choix est essentiellement le suivant :
– utiliser un logiciel disponible sous licence, tel que ArcIMS
MC
ou MapExtreme
MC
, pour lequel il y a de nombreux programmeurs expérimentés, mais qui entraîne des frais d’utilisation sous licence ;
– utiliser un logiciel libre, tel que MapServer, pour lequel il y a moins de programmeurs expérimentés, mais que l’on peut utiliser sans frais.
L’équipe du projet M
ESH
a choisi la seconde option. Pour de plus amples renseignements sur le SIG webGIS de M
ESH
, voir l’exemple contenu dans le fichier M
ESH
webGIS user
guide.doc, accessible dans le dossier des documents de ce Guide M
ESH
.
6.6.3 - Comment combiner des cartes avec d’autres cartes accessibles par
Internet ?
En plus de consulter et de visualiser des données dans Internet, les utilisateurs souhaitent souvent voir leurs propres données combinées avec des gisements de données d’autres organismes. Un moyen possible de répondre à une telle demande est de donner accès à un gisement de données par le truchement d’un serveur Internet qui permet à l’utilisateur d’ajouter dans son SIG des données extraites par exemple d’un site Web de cartographie, sans avoir à télécharger une copie du gisement de données dans son ordinateur. Ainsi, l’utilisateur a toujours accès à la version la plus à jour des données, ce qui est un avantage évident du point de vue de la gestion des données. Autrement dit, le concept de
« réserves individuelles » de données est remplacé par celui de jeux de données interreliés. Un inconvénient de ce genre d’accès direct est qu’il faut être relié à Internet pour voir les données.
Interopérabilité géospatiale
« L’interopérabilité géospatiale est la capacité de deux logiciels différents d’exploiter la même information géospatiale. L’interopérabilité entre des systèmes informatiques hétérogènes est essentielle pour obtenir des données géospatiales, des cartes, des services cartographiques et d’aide à la prise de décisions, ainsi que des fonctions d’analyse. L’interopérabilité géospatiale repose sur des normes volontaires établies par consensus. De telles normes sont essentielles au progrès de l’accès aux données et de la collaboration dans les domaines des services gouvernementaux électroniques, des catastrophes naturelles, de la météorologie et du climat, de l’exploration, ainsi que de l’observation globale de la Terre. »
Bureau de l’interopérabilité géospatiale de la NASA (2005).
Geospatial Interoperability
Return on Investment Study Report
(rapport d’étude sur la rentabilité de l’interopérabilité géospatiale).
Des normes géospatiales ont été établies par le consortium
OpenGIS
et sont énoncées dans un ensemble de spécifications. Les spécifications OpenGIS
MD
sont des documents
332 6 - Que peut-on faire avec une carte ? techniques utilisés par les ingénieurs en logiciel pour inclure dans leurs produits et services la prise en charge de l’interopérabilité. Les utilisateurs peuvent profiter des produits qui incorporent ces spécifications pour publier de l’information géospatiale et y avoir accès. Idéalement, lorsque ces spécifications sont mises en œuvre par deux ingénieurs en logiciel qui travaillent indépendamment l’un de l’autre, les composantes qu’ils créent fonctionnent ensemble sans nécessiter d’autre mise au point. Les spécifications sont disponibles gratuitement et mises en œuvre sur une base volontaire, l’objectif visé étant la transparence fondée sur la collaboration.
En particulier, les spécifications de services Web intéressent les utilisateurs qui souhaitent combiner leurs cartes avec celles d’autres personnes dans Internet. Un service Web est tout logiciel disponible dans Internet et qui utilise le langage XML standard. Web Map
Service (WMS) et Web Feature Service (WFS) constituent deux exemples de service
Web susceptibles d’être utilisés par les personnes qui travaillent dans le domaine de la
cartographie marine. Par exemple, WMS définit la manière de demander et de fournir une
carte sous forme d’une image ou d’un ensemble de structures, et comment demander et obtenir de l’information sur le contenu d’une carte (p. ex. la valeur d’un paramètre à un endroit donné). WMS fournit une image de la carte à partir d’un serveur de cartographie et est plus largement disponible que WFS, qui donne les coordonnées réelles des structures afin que celles-ci soient dessinées localement. WMS présente des avantages considérables par rapport à WFS :
– un bien plus grand nombre d’applications sont compatibles avec WMS qu’avec WFS ;
– WMS requiert moins de bande passante que WFS (souvent beaucoup moins) ;
– WMS protège dans une certaine mesure les données parce que seule une image est téléchargée ; les coordonnées réelles des structures ne sont pas disponibles ;
– la mise en œuvre de WMS dans les principaux logiciels de SIG est plus stable que celle de WFS ;
– les services de WMS permettent d’afficher les attributs des structures, même s’il n’est pas possible de faire des interrogations spatiales.
WFS présente toutefois certains avantages par rapport à WMS :
– WFS est fondé sur une organisation vectorielle, ce qui permet de faire des interrogations spatiales sur des structures ;
– il est possible de numériser (tracer) les frontières des structures.
En plus des options offertes par WMS et WFS, les réalisateurs de sites Web de
cartographie peuvent définir le logiciel de sorte qu’il agisse comme un serveur (qui fournit des données à des SIG locaux) ou comme un client (où l’une des couches disponibles est utilisée en entrée par un autre serveur dans un autre ordinateur). Les réalisateurs de sites
Web doivent décider s’ils veulent que leur produit fonctionne comme un serveur, comme un client, ou les deux.
6 - Que peut-on faire avec une carte ? 333
Liens vers des documents
Rapport Complet : http://www.searchmesh.net/Default.aspx?page=1603
Étude de cas n° 1 : Le détroit d'Arisaig, candidat au statut d'aire spéciale de conservation –
Projet des ASC marines du Royaume-Uni : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM6_Case_Study_Arisaig_cSAC.pdf
Étude de cas n° 2 : Évaluation environnementale régionale et surveillance de la Manche orientale à propos des granulats marins : http://www.searchmesh.net/pdf/GMHM6_Case_Study_ECREA.pdf
Étude de cas n° 3 : Évaluation de la pression de l'activité humaine sur les structures du fond de la mer : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM6_Case_Study_Human_pressure.pdf
Étude de cas n° 4 : Un scénario de planification spatiale marine – L'énergie marémotrice : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM6_Case_Study_Marine_Spatial_Planning.pdf
Étude de cas n° 6 : Pêches maritimes et site marin européen de Flamborough Head : http://www.searchmesh.net/PDF/GMHM6_Case_Study_Flamborough_Head.pdf
convention d'aarhus : http://www.unece.org/env/pp/ règlements du royaume-uni concernant l'information environnementale : http://www.defra.gov.uk/corporate/opengov/eir/
typologie des habitats marins de grande-bretagne et d'irlande : http://www.jncc.gov.uk/Default.aspx?page=1584
Liens vers des sites Web
Directive 2003/4/CE du Parlement européen : http://europa.eu.int/eur-lex/pri/en/oj/dat/2003/l_041/l_04120030214en00260032.pdf
MDIP : http://www.oceannet.org/mdip/index.HTML site Web du projet EU-SEASED : http://www.eu-seased.net/
Organisation internationale de normalisation : http://www.iso.org/
Gigateway : http://www.gigateway.org.uk/
OceanNET : http://www.oceannet.org/
National Biodiversity Network Gateway : http://www.searchnbn.net/
Integrated Coastal Hydrography : http://www.hydrographicsociety.org/
MIDA : http://mida.ucc.ie
MAGIC : http://www.magic.gov.uk logiciel ReNamer : www.den4b.com
typologie E
UNIS
: http://www.eunis.org/ http://www.esri.com
MapServer : http://mapserver.gis.umn.edu/
Geospatial Interoperability Return on Investment Study Report
:
http://www.opengeospatial.org/
335
Glossaire Guide Mesh
adéquation d’un milieu à un habitat [habitat suitability] – n. f.
Qualité d’un milieu physique qui permet la survie et la reproduction des espèces d’une biocénose.
ambiguité [ambiguity] – n. f.
Confusion entre classes, souvent due au chevauchement et au partage des attributs qui servent à définir les classes.
analyse de l’existant [gap analysis] – n. f.
Démarche qui vise à déterminer l’information manquante et donc les données à acquérir pour produire une carte.
ArcCatalog
MC
Application du SIG ArcGIS de la société ESRI, qui sert à la gestion de fonds de données spatiales ainsi qu’à l’enregistrement, à la visualisation et à la gestion des métadonnées.
ArcToolbox
MC
Application du SIG ArcGIS de la société ESRI, qui constitue le lieu central de recherche, de gestion et d’exécution des outils de traitement géographique de ce SIG.
attribut [attribute] – n. m.
Caractéristique d’un objet cartographié.
biocénose [biocenosis] – n. f.
Ensemble des animaux et végétaux qui vivent en un lieu donné.
biotope [biotope] – n. m.
Milieu physique dont les conditions uniformes permettent d’héberger une biocénose déterminée.
capacité discriminative [discrimination capability] – n. f.
Capacité à distinguer deux ou plusieurs classes d’habitat. Cette capacité a son importance lors de l’échantillonnage, pour détecter les caractéristiques qui peuvent servir
à distinguer les classes, et lors de la télédétection, pour distinguer les classes sur la base de leur réponse aux capteurs.
carte [map] – n. f.
Représentation simplifiée d’un territoire qui met en évidence les relations spatiales entre les objets qu’il contient.
carte d’habitats [habitat map] – n. f.
Représentation de la meilleure estimation de la répartition des habitats à un moment donné, compte tenu des connaissances disponibles à ce moment.
cartographie [cartography] – n. f.
Processus de création d’une carte donnant de manière claire et concise de l’information
à partir de données, à une échelle adaptée à son objet.
classe [class] – n. f.
Catégorie affectée à un ensemble d’attributs, à des fins de représentation sur une carte.
classes discrètes [crisp classes, hard classes] – n. f. plur.
Classes déterminées par la subdivision de descripteurs continus en catégories selon des seuils arbitraires.
classes floues [fuzzy classes] – n. f. plur.
Classes dont la détermination repose sur des probabilités, notamment en raison de la nature continue de leurs descripteurs.
336 Glossaire Guide Mesh
classification [classification] – n. f.
Processus d’affectation de classes à un ensemble de données.
classification supervisée [supervised classification] – n. f.
Processus d’intégration des données de terrain et des données de télédétection, qui
établit le lien entre les données acquises et les catégories d’une typologie donnée, en vue d’étendre ce lien à l’ensemble du territoire couvert par une carte.
communauté [comunity] – n. f.
Ensemble d’espèces vivantes ayant de nombreux liens entre elles au sein d’un système organisé.
confiance [confidence] – n. f.
Appréciation par l’utilisateur de la fiabilité d’une carte relativement à son objet.
couche [layer] – n. f.
Dans le contexte d’une carte numérique, ensemble de données géographiques du même type. Par exemple, dans le cas d’une carte topographique, les routes, le relief, les parcs nationaux, les frontières politiques et les cours d’eau peuvent donner lieu à cinq couches distinctes.
couche cartographique [coverage] – n. f.
Dans le contexte de la cartographie des habitats, ensemble de données primaires de même type réalisant une couverture quasi-exhaustive d’une zone donnée.
degré de couverture [coverage] – n. m.
Proportion d’un territoire pour laquelle des données ont été acquises.
distance inter-profils [track spacing] – n. f.
Distance sur le terrain entre deux parcours parallèles d’un dispositif de télédétection ou d’observation sur le terrain.
données de vérité-terrain [ground-truth data] – n. f. plur. Données, acquises par des observations et des prélèvements, qui permettent d’interpréter des images (visuelles ou acoustiques) acquises par télédétection.
échelle d’une carte [map scale] – n. f.
Rapport entre une distance sur une carte et la distance réelle correspondante sur le terrain. Si l’échelle est petite, la carte représente un grand territoire, mais avec peu de détails. On dit alors que la carte est à échelle globale. Si l’échelle est grande, la carte est détaillée, mais représente un petit territoire. On dit alors que la carte est à échelle fine.
échelle fine [fine scale] – n. f.
Échelle d’une carte qui représente un petit territoire par unité de surface, avec beaucoup de détails. Synonyme : grande échelle.
échelle globale [broad scale] – n. f.
Échelle d’une carte qui représente un grand territoire par unité de surface, avec peu de détails. Synonyme : petite échelle.
empirique [empirical] – adj.
Fondé sur l’expérience et l’observation plutôt que sur des données scientifiques prouvées.
endofaune [infauna] – n. f.
Ensemble des organismes benthiques qui vivent enfouis dans les sédiments.
épifaune [epifauna] – n. f.
Ensemble des organismes qui vivent à la surface du sol, notamment au fond de la mer.
erreur [error] – n. f.
Différence entre une mesure et la réalité qu’elle décrit. L’erreur peut être de nature qualitative (inexactitude) ou quantitative (imprécision).
Glossaire Guide Mesh 337
erreur spatiale [spatial error] – n. f.
Différence entre la position mesurée d’un objet et sa position réelle.
exactitude [accuracy] – n. f.
Conformité d’une valeur mesurée (grandeur ou attribut) avec la réalité. L’exactitude indique jusqu’à quel point une donnée est correcte. Ne pas confondre avec la précision, qui se rapporte au degré d’erreur du résultat d’une mesure.
exactitude classificatoire [classification accuracy] – n. f.
Exactitude des classes représentées sur une carte par rapport à la réalité.
exactitude thématique [thematic accuracy] – n. f.
Exactitude d’une catégorie affectée à une portion de territoire par rapport à la réalité.
exclusif [exclusive] – adj.
Qui appartient à un groupe donné et à aucun autre.
fiabilité [reliability] – n. f.
Qualité d’une carte qui représente fidèlement la réalité. L’exactitude et la précision d’une carte sont deux aspects de sa fiabilité.
fichier de formes ESRI [ESRI shapefile] – n. m.
Dans le SIG ArcGIS de la société ESRI, lieu de stockage de l’emplacement, de la forme et des attributs de caractéristiques géographiques. Un fichier de formes ESRI est constitué d’un ensemble de fichiers reliés entre eux et portant sur une même classe d’entités.
figure sédimentaire [bedform] – n. f.
Toute déviation d’un fond plat, produite par les mouvements d’un agent de transport
(l’eau, la glace ou l’air). Les figures sédimentaires peuvent varier énormément en taille, depuis des bandes sableuses distantes de quelques centimètres et hautes de quelques millimètres, jusqu’à des dunes longues de plusieurs kilomètres et hautes de plusieurs dizaines de mètres.
format d’échange de données [data exchange format] – n. m.
Ensemble de règles de représentation de données destinées à être transmises à un tiers.
géoréférencement [georeferencing] – n. m.
Alignement de données géographiques sur un système convenu de coordonnées, en vue de leur visualisation, de leur analyse et de leur interrogation dans un système de référence commun.
grande échelle [large scale] – n. f.
Synonyme d’échelle fine.
habitat [habitat] – n. m.
Lieu reconnaissable à ses caractéristiques physiques et sa biocénose, et qui évolue à un rythme donné dans l’espace et dans le temps.
hétérogénéité [heterogeneity] – n. f.
Degré de diversité de différents attributs dans un territoire donné. L’hétérogénéité a des conséquences pratiques sur la cartographie des habitats. Si une plus petite unité cartographique est hétérogène, il faut la représenter à l’aide d’une classe mixte ou d’une certaine mesure de la diversité, ou encore simplifier en montrant la classe prédominante.
Par ailleurs si de nombreux petits polygones de classes différentes sont regroupés sur une carte, la fiabilité de la position exacte de chaque classe risque d’être réduite.
homogénéité [homogeneity] – n. f.
Degré de similitude de divers attributs dans un territoire donné. À l’intérieur d’un polygone donné d’une carte, les attributs de la classe d’habitat correspondante ont une valeur unique, même s’il y a une hétérogénéité mesurable.
338 Glossaire Guide Mesh
HTML
Abréviation de HyperText Markup Language ou langage de balisage hypertexte.
hypothèse [hypothesis] – n. f.
Proposition qui vise à expliquer certains faits ou observations.
incertitude [uncertainty] – n. f.
Degré de manque de fiabilité d’une carte. L’inexactitude et l’imprécision sont deux aspects de l’incertitude.
information [information] – n. f.
Données auxquelles une interprétation confère une signification.
intermédiaire [proxy] – adj.
Dans le domaine de la cartographie, se dit d’une variable mesurable qui en représente une autre non directement mesurable.
interopérabilité [interoperability] – n. f.
Capacité de deux ou plusieurs systèmes d’échanger de l’information et d’utiliser l’information transférée de l’un à l’autre.
interpolation [interpolation] – n. f.
Estimation d’une valeur non mesurée en un point à partir des valeurs mesurées en des points avoisinants.
interprétation [interpretation] – n. f.
Attribution d’une signification à des données par une analyse orientée. En cartographie des habitats, application systématique de signatures, de typologies, de modèles et de règles à des données spatiales en vue de représenter une prédiction de la répartition d’attributs.
langage de balisage extensible [extensible markup language] – n. m.
Langage universel de balisage utilisé pour l’échange d’information, que ce soit ou non dans le Web. Contrairement au langage de balisage hypertexte, qui décrit les modalités de présentation de l’information à l’aide d’un nombre fixe de balises, le langage de balisage extensible décrit la structure des éléments d’un document et permet à l’utilisateur de définir de nouvelles balises.
Abréviation : XML
langage de balisage hypertexte [hypertext markup language] – n. m.
Langage de balisage utilisé pour la création de pages Web. Un langage de balisage combine contenu textuel et données supplémentaires de présentation de ce contenu.
Abréviation : HTML
largeur de fauchée [swath width] – n. f.
Largeur de la bande de territoire couverte lors d’un passage unique d’un appareil de télédétection.
lidar [LiDAR] – n. m.
De l’anglais Light Detecting And Ranging. Technique de levé qui mesure l’altitude en utilisant le temps de trajet d’un rayon laser. La lumière infrarouge est adaptée à la détection du sol, alors que la lumière verte, en raison de sa capacité de pénétration dans l’eau, permet de faire des levés bathymétriques.
limite de résolution [resolution limit, resolution] – n. f.
Différence minimale entre deux valeurs d’une grandeur mesurée par un instrument. Plus la limite de résolution d’un instrument est petite, plus son pouvoir de résolution est grand.
matriciel [raster] – adj.
Se dit d’une image définie par des cellules disposées en lignes et en colonnes. Dans la pratique, chaque cellule correspond à un pixel. La qualité d’une image matricielle dépend
Glossaire Guide Mesh 339 du nombre de pixels par unité de surface (résolution) et de la quantité d’information donnée pour chaque pixel (qui détermine le nombre de couleurs possibles).
métadonnées [metadata] – n. f. plur.
Information décrivant des données, par exemple leurs caractéristiques et leur provenance.
métadonnées de base [discovery metadata] – n. f. plur.
Métadonnées donnant suffisamment d’information pour répondre aux questions fondamentales (quelles données ? par qui ? où ? quand ? comment ? pourquoi ?) à propos des données.
MNT [DTM] – n. m.
Abréviation de modèle numérique de terrain.
modèle [model] – n. m.
Dans le contexte de la cartographie des habitats benthiques, toute représentation du fond de la mer fondée sur une investigation systématique de ses paramètres. Tout modèle doit être mis à l’épreuve afin que l’on puisse établir sa valeur prédictive.
modèle numérique de terrain [digital terrain model] – n. m.
Représentation des valeurs d’élévation sur un territoire, par rapport à un niveau de référence. Abréviation : MNT.
modélisation cartographique [cartographic modelling] – n. f.
Méthodologie qui fait intervenir des modèles d’information géospatiale pour l’analyse des caractéristiques spatiales et thématiques de cette information.
modélisation de l’adéquation des milieux physiques [habitat suitability modelling] – n. f.
Méthodologie qui permet de prédire la présence d’espèces à partir de certaines variables environnementales.
niveau typologique [classification level] – n. m.
Dans une typologie hiérarchique, nombre correspondant à un degré plus ou moins élevé de détail dans la définition d’un habitat.
norme de métadonnées [metadata standard] – n. f.
Ensemble de métadonnées conforme à des règles précises, généralement définies par des organismes officiels de normalisation.
paysage marin [marine landscape] – n. m.
Ensemble d’habitats marins constituant un tout et qui possède des caractéristiques sédimentaires, une morphologie et une hydrodynamique propres et importantes dans la détermination des biocénoses hébergées.
petite échelle [small scale] – n. f.
Synonyme d’échelle globale.
pixel [pixel] – n. m.
De l’anglais picture element. Plus petite unité d’information sur une image ou une carte maillée. Un pixel est généralement carré ou rectangulaire. En télédétection, unité de base de l’acquisition de données.
plus petite unité cartographique [minimum mapping unit] – n. f.
Taille de la plus petite structure représentée sur une carte, à ne pas confondre avec la taille minimale d’un habitat. La taille au sol de la plus petite unité cartographique change avec l’échelle de la carte.
plus petite unité interprétable [smallest interpretable unit] – n. f.
Taille de la plus petite structure à laquelle on peut attribuer une signification (compte-tenu de l’échelle de travail), par exemple une classe d’habitat.
340 Glossaire Guide Mesh
polygone [polygon] – n. m.
Sur une carte, figure fermée définie par un ensemble de paires de coordonnées (x,y), la première et la dernière paires étant identiques et toutes les autres étant différentes. Dans le contexte d’une carte d’habitats, un polygone est réputé représenter une zone homogène.
pouvoir de résolution [resolving power, resolution] – n. m.
Capacité d’un instrument à distinguer deux valeurs voisines. Plus le pouvoir de résolution d’un instrument est grand, plus sa limite de résolution est petite.
précision [precision] – n. f.
Variabilité des mesures d’une même grandeur. La précision indique jusqu’à quel point une mesure se rapproche de la grandeur réelle. Ne pas confondre avec l’exactitude, qui se rapporte à la conformité d’une valeur mesurée avec la réalité.
précision spatiale [spatial precision] – n. f.
Capacité d’un dispositif à mesurer la position réelle d’un objet. La précision est souvent donnée par l’écart maximal possible entre la position mesurée et la position réelle.
prédiction [prediction] – n. f.
Dans le contexte d’une carte d’habitats, action d’annoncer la classe d’habitat ou la valeur d’un paramètre en un lieu donné.
probabilité [probability] – n. f.
Rapport entre le nombre de cas favorables à l’occurrence d’un événement et le nombre total de cas possibles. La probabilité d’un événement impossible est de 0, et celle d’un
événement certain de 1.
résolution [resolution] – n. f.
En informatique, nombre de pixels par unité de surface ou nombre total de pixels d’une image. La résolution s’exprime par deux nombres, qui donnent respectivement le nombre de pixels dans le sens horizontal et dans le sens vertical (p. ex. 1024 × 768). Noter que le mot anglais resolution et par voie de conséquence le mot français résolution sont souvent employés pour désigner les deux concepts différents de
pouvoir de résolution et de
limite de résolution, ce qui peut être source de confusion.
résolution thématique [thematic resolution] – n. f.
Niveau (hiérarchique) de détail des classes représentées sur une carte.
SACLAF – n. m.
Système acoustique de classification automatique des natures de fonds.
SIG [GIS] – n. m.
Abréviation de Système d’information géographique.
site d’apprentissage [training site] – n. m.
Site dont les attributs sont connus et que l’on utilise pour identifier la signature caractéristique de ces attributs pour un instrument de télédétection.
site d’échantillonnage [sampling site] – n. m.
Zone plus ou moins grande dans laquelle on procède à un échantillonnage sur le terrain.
Un site peut comprendre plusieurs stations d’échantillonnage.
station d’échantillonnage [sampling station] – n. f.
Lieu géoréférencé où se fait le prélèvement d’un échantillon ou l’acquisition de données.
Il peut y avoir plusieurs stations d’échantillonnage dans un même site.
surveillance [monitoring] – n. f.
Ensemble d’observations, de mesures et d’évaluations continues et répétées d’un milieu ou d’un phénomène, effectuées à l’aide de méthodes comparables selon un calendrier et en des lieux bien définis, et dans un but déterminé.
Glossaire Guide Mesh 341
système d’information géographique [geographic information system] – n. m.
Ensemble intégré de logiciels et de données servant à visualiser et à gérer de l’information sur des lieux géographiques, à analyser des relations spatiales et à modéliser des processus spatiaux. Un système d’information géographique constitue un cadre pour l’acquisition et l’organisation de données spatiales et de l’information connexe, en vue de leur analyse et de leur représentation. Abréviation : SIG.
table d’attributs [attribute table] – n. f.
Tableau contenant des données sur un ensemble de caractéristiques géographiques.
Dans un SIG, une table d’attributs est souvent liée à une couche de données spatiales.
taille minimale d’un habitat [minimum habitat size] – n. f.
Le plus petit habitat ou type d’habitat défini dans un territoire donné.
tension de cisaillement [bed stress] – n. f.
Force exercée sur le fond de la mer par les mouvements de l’eau. Ce paramètre permet de déterminer les perturbations du fond dues entre autres aux vagues et aux courants de marée.
topologie [topology] – n. f.
Ensemble des relations spatiales entre des structures adjacentes ou reliées entre elles dans une couche de données géographiques. Dans une base de données géographiques, la topologie permet de définir et d’appliquer des règles d’intégrité des données. On peut par exemple définir la règle suivante : « Il ne peut y avoir aucun chevauchement de deux polygones, et l’ensemble des polygones d’une carte doit couvrir la totalité du territoire représenté. »
typologie [classification scheme] – n. f.
Système de classification fondé sur divers attributs.
typologie des habitats [habitat classification scheme] – n. f.
Système structuré, souvent hiérarchique, de types (classes) d’habitat bien définis et qui se répètent en des lieux géographiques différents.
unité d’habitat [minimum habitat unit] – n. f.
Habitat de taille minimale (recommandée à 5 m × 5 m par le projet Mesh) pour les habitats marins. Toute structure plus petite qu’une unité d’habitat est considérée comme un attribut d’un habitat. Il faut noter que même si l’unité d’habitat se situe largement dans les limites du pouvoir de résolution de nombreux systèmes de télédétection, il est peu probable qu’elle corresponde à la plus petite unité cartographique, sauf dans le cas d’une carte à échelle très fine.
valeur explicative [explanatory quality] – n. f.
Capacité de faire comprendre un phénomène ou plusieurs phénomènes.
valeur prédictive [predictive power] – n. f.
Capacité d’une carte à prédire correctement le contenu d’une plus petite unité cartographique.
validation sur le terrain [ground validation] – n. f.
Ensemble d’observations effectuées sur le terrain pour tester la valeur prédictive d’une carte d’habitats.
variabilité [variability] – n. f.
Propriété d’une grandeur de donner lieu à des valeurs différentes lorsque l’on répète un même processus de mesure dans des conditions précises.
vectoriel [vector] – adj.
Se dit d’une image définie par des éléments géométriques tels que des points, des segments, des courbes, des polygones, etc., décrits par des équations mathématiques.
Contrairement à une image matricielle, dont la qualité est déterminée entre autres par le
342 Glossaire Guide Mesh nombre de pixels par unité de surface, une image vectorielle s’adapte facilement par changement d’échelle à la limite de résolution du dispositif d’affichage utilisé.
XML
Abréviation de eXtensible Markup Language ou langage de balisage extensible.
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