# GUIDE DE PHOTO-INTERPRETATION DES CLASSES DE VEGETATION DANS DES ZONES D'HABITAT DU TÉTRAS-LYRE (ALPES FRANCAISES)

N Guiffant, Josselin Giffard-Carlet, M Montadert

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## To cite this version:

N Guiffant, Josselin Giffard-Carlet, M Montadert. GUIDE DE PHOTO-INTERPRETATION DES CLASSES DE VEGETATION DANS DES ZONES D'HABITAT DU TÉTRAS-LYRE (ALPES FRANCAISES). INRAE; Office Français pour la Biodiversité. 2024. hal-04456793v2

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Submitted on 7 Mar 2024

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# GUIDE DE PHOTO-INTERPRETATION DES CLASSES DE VEGETATION DANS DES ZONES D'HABITAT DU TÉTRAS-LYRE (ALPES FRANCAISES)

N. Guiffant, J. Giffard-Carlet, M. Montadert 2022
Ce guide vient en accompagnement des données analysées pour la cartographie des habitats naturels du Tétras-lyre dans les Alpes françaises.

Il est divisé en 3 parties : la première résume le contexte et les objectifs du projet ; la deuxième décrit la méthodologie de photo-interprétation et fait état des différents habitats naturels ainsi répertoriés par cette étude ; la troisième partie décrit la validation effectuée sur le terrain.

# SOMMAIRE

1. Préambule : descriptif du projet ................................................................................................................ 3

a. Contexte .................................................................................................................................................................................. 3

b. Objectifs .................................................................................................................................................................................. 3

c. Zone d'étude ........................................................................................................................................................................ 4

2. Analyse et interprétation : classification des strates de végétation ................................................................. 5

3. Validation terrain........................................................................................................................................................................ 13
# 1. Préambule : descriptif du projet

## a. Contexte

Le Tétras-lyre est une espèce emblématique de l'ordre des galliformes qui fait historiquement et actuellement l'objet de suivis de populations et de recherches appliquées à la gestion. Cette espèce relique des dernières ères glaciaires est présente seulement dans les Alpes à l'échelle de la France. Son aire de répartition est en régression et les principaux facteurs qui influencent son déclin sont le développement touristique, le réchauffement climatique et la modification de son habitat.

Dans le cadre d'une collaboration inter-directions entre les deux directions « connaissance » de l'Office Français de la Biodiversité (OFB) - la Direction de la Recherche et Appui Scientifique (DRAS) d'une part et la Direction Surveillance, Évaluation et Données (DSUED) d'autre part - une démarche de modélisation des habitats favorables à la reproduction du Tétras-lyre (nichées) est mise en place. Elle vise à quantifier, à une échelle spatiale à convenir (grain du futur modèle cartographique) l'adéquation du milieu à la reproduction du Tétras-lyre dans les Alpes.

Cette cartographie des habitats potentiels trouvera une première application dans le cadre du suivi à large échelle du Tétras-lyre dans les Alpes. Afin d'estimer les populations, un nouveau programme d'échantillonnage spatial des sites de comptages au chant a été mis en place depuis quelques années. Les premiers résultats obtenus montrent que l'optimisation de l'effort d'échantillonnage nécessite la disponibilité de variables corrélées à l'abondance, que seule un modèle d'habitat serait à même de fournir.

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Des travaux antérieurs montrent une forte corrélation entre la disponibilité des bons habitats d'élevage des nichées et l'abondance des coqs chanteurs ce qui nous conduit à privilégier la modélisation de l'habitat de reproduction. Par ailleurs, un modèle d'habitat pourrait être un outil de suivi de l'évolution du milieu. Il servirait à la délimitation des aires de présence potentielles et constituerait ainsi un outil précieux d'aide à la décision en matière d'aménagement et de gestion de l'espace montagnard.

## b. Objectifs

L'objectif poursuivi est la réalisation d'une cartographie de l'habitat favorable à la reproduction du Tétras-lyre (habitat d'élevage des nichées). Cette espèce emblématique de la faune alpine fait l'objet de nombreuses recherches et suivis des populations en tant qu'espèce à enjeu de conservation, à enjeu de gestion cynégétique et comme espèce modèle indicatrice de l'évolution des milieux subalpins. Elle peut donc être considérée comme une espèce sentinelle des évolutions/altérations des milieux d'altitude des Alpes.

Dans ce contexte cette cartographie d'habitat permettra d'identifier les espaces subalpins à enjeux de conservation et gestion et de fournir un support à l'élaboration d'un échantillonnage spatial stratifié indispensable à la mise en place du suivi à long terme des populations alpines de Tétras-lyre.

A cette fin, il a été décidé de mobiliser les compétences complémentaires des deux établissements publics afin de construire cette modélisation de l'habitat : d'une part l'OFB à travers ses compétences en matière de biologie/écologie du Tétras-lyre (Direction de la Recherche et Appui Scientifique - DRAS) et en biométrie (Direction Surveillance, Évaluation et Données - DSUED), et d'autre part INRAE (Maison de la télédétection à travers ses compétences dans l'analyse des données de télédétection (images satellites, LiDAR, etc.) et en modélisation spatiale d'espèces.

Cet objectif se traduit par les étapes suivantes :

- La construction d'une base de données de télédétection multi-sources (principalement des données optiques multispectrales) ainsi que de données auxiliaires pouvant servir à l'évaluation du pouvoir prédictif.

- L'extraction de variables issues de la télédétection contribuant à décrire les milieux étudiés à des échelles spatiales et temporelles appropriées : la structure horizontale et verticale
(hétérogénéité), le fonctionnement (indices de végétation), la phénologie (dynamique saisonnière ou interannuelle), la biodiversité.

- La construction d'une cartographie explicative de l'habitat du Tétras-lyre via les variables explicatives précitées et les données d'observation intégrées à un modèle de distribution spatiale d'espèce.

### c. Zone d'étude

La zone étudiée est l'habitat de présence du Tétras-lyre, situé dans les Alpes (dans cette étude la zone est limitée au territoire français).

Six zones restreintes ont été définies afin d'être autant que possible les plus représentatives de l'hétérogénéité des habitats.

<table><thead><tr><td>Nom</td><td>Dép</td><td>Localisation</td><td>Massif</td><td>Description habitat</td></tr></thead><tbody><tr><td>area1</td><td>73</td><td>Lac de la Girotte</td><td>Beaufortain / Belledone</td><td></td></tr><tr><td>area2</td><td>74</td><td>Col de Landron</td><td>Chartreuse / Aravis</td><td></td></tr><tr><td>area3</td><td>38</td><td>Hauts de Chartreuse</td><td>Chartreuse / Aravis</td><td></td></tr><tr><td>area4</td><td>73</td><td>Les Ménuires</td><td>Maurienne / Tarentaise</td><td>Mélange de résineux (Mélèze, Pin, Sapin, Épicéa)</td></tr><tr><td>area5</td><td>73</td><td>Méribel-Mottaret</td><td>Maurienne / Tarentaise</td><td>Mélange de résineux (Mélèze, Pin, Sapin, Épicéa)</td></tr><tr><td>area6</td><td>05</td><td>Ristolas</td><td>Alpes internes du sud (Queyras)</td><td>Mélèze clairsemés + lande basse</td></tr></tbody></table>

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## 2. Analyse et interprétation : classification des strates de végétation

Les images de Très Haute Résolution Spatiale (THRS) permettent d'avoir accès à la structure fine des habitats naturels, à savoir l'organisation verticale et horizontale par states identifiées comme élémentaires. Ces strates élémentaires sont classifiées comme suit :

(Classe 1 : eau ; le choix est finalement fait d'appliquer un masque eau basé sur la BD TOPO et de ne pas intégrer cette classe dans l'entraînement de l'algorithme car les pixels concernés sont trop rares, et également car il y a une confusion avec l'ombre des forêts).

Classe 2 : strate de sol nu correspondant à une surface non végétalisée formée de matière minérale et organique (roche, éboulis, routes, bâti, etc.).

Classe 3 : strate herbacée, surface enherbée plus ou moins permanente, caractérisée par une végétation non ligneuse composée principalement de graminées (prairie ou pelouse selon le niveau de productivité et de densité). Cette végétation peut atteindre au maximum une hauteur de 1,5 m au stade adulte. La densité et la hauteur peuvent varier en fonction des conditions biotiques et abiotiques du milieu et suivant la zone biogéographique.

Classe 4 : strate de ligneux bas, composée d'une végétation ligneuse de type buisson ou arbuste, atteignant une hauteur inférieure à 1m. Sur le terrain, elle correspond à une formation de landes basses comme des éricacées ou des genévriers.

Classe 5 : strate de ligneux moyens (rajoutée dans un deuxième temps après constat qu'il était pertinent de différencier les landes des aulnaies), caractérisée par une végétation ligneuse entre 1m et 4m ; les aulnaies sont de hauteur entre 2 et 4 mètres, les landes hautes sont inférieures à 4m.

Classe 6 : strate de ligneux hauts, caractérisée par une végétation ligneuse arborée ayant une hauteur supérieure à 5m et correspondant souvent à une formation forestière.

* **Base de données d'entraînement pour la classification supervisée des images**

Une classification supervisée avec la suite logicielle Orfeo Tool Box (OTB) permet d'attribuer des valeurs de classe aux pixels des images satellite.

Cette classification est appliquée aux images THRS Spot 6&7 (fournies par l'IGN, orthorectifiées) sur lesquelles est effectuée la fonction de « pansharpening » (fusion des images panchromatique et multispectrale, afin de produire une nouvelle image multispectrale bénéficiant de la meilleure résolution spatiale de l'image panchromatique à 1,5m), ainsi qu'une correction « Top of Atmosphere » (TOA) c'est-à-dire une conversion des comptes numériques des pixels en réflectance dans le but de s'affranchir des effets de l'atmosphère sur la radiométrie.

Afin d'entraîner les différents algorithmes testés pour effectuer la classification, il est au préalable nécessaire de constituer une base de données d'entraînement. Elle a été digitalisée avec le logiciel QGis, de façon déductive, par photo-interprétation : les différents éléments des images sont identifiés par l'interprète et nommés.

Certains éléments peuvent être difficilement reconnaissables sur les images satellite, nécessitant parfois la consultation de données secondaires :

- les ortho-photographies de l'IGN (BD ORTHO), qui permettent de s'affranchir de l'effet flou dû à la pixellisation, mais dont la résolution est moindre par rapport aux images satellite

- les images satellite de Google Earth pour bénéficier d'une vue oblique et observer des hauteurs de végétation (pour mieux distinguer les herbacés des arbustes par exemple) ; elles permettent également la consultation de photos prises par des promeneurs et ainsi d'observer la végétation (entre autres) de plus près

L'expertise de Marc MONTADERT (de l'OFB) est venue compléter l'interprétation des images, grâce à son excellente connaissance du milieu (paysages et végétation).
Chaque polygone doit contenir une et une seule classe. Pour entraîner correctement un algorithme de classification, il est important de bien délimiter les polygones afin qu'ils soient strictement représentatifs d'une classe unique.

Afin d'entraîner correctement un algorithme, on peut considérer qu'il faut a minima 25 polygones dans chaque classe d'une image.

Il a communément été convenu que la *taille des polygones* devrait couvrir environ 1 hectare pour disposer de suffisamment de pixels d'entrainement et tenir compte de l'hétérogénéité d'un élément à identifier (par exemple, les nuances d'un sol nu peuvent varier du presque blanc à marron foncé selon sa nature et son exposition à la lumière).

Cependant, compte tenu de l'hétérogénéité fréquente du terrain, il est souvent difficile de digitaliser de grands polygones ; dans ce cas il faudra augmenter le nombre de polygones à digitaliser.

Aussi, pour garantir une bonne observation de l'hétérogénéité de chaque classe, il est conseillé de varier la *localisation des polygones* d'une même classe, de les digitaliser à des endroits différents de l'image.
Classe 2

Les polygones digitalisés (en jaune sur ces images) traduisent bien la diversité des éléments qui composent la classe 2 ; sont présents le sol nu, les éboulis, les routes et le bâti, soit tous les éléments composés de minéral.

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<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Exemple de vue oblique sur Google Earth</figcaption></figure>

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## Classe 3

La classe 3 représente les herbacées et prairies. Les images ci-contre montrent bien la variété des nuances de couleurs de cette classe, allant du vert clair au vert foncé, en fonction de la hauteur de la végétation, de sa texture, de son stade de pousse ou encore de son exposition.

Selon la date de la prise d'image, une zone de prairie peut devenir minérale une fois pâturée ; attention à ne bien digitaliser que les zones apparaissant en herbes sur les images.

La plupart des polygones n'atteignent pas la taille recommandée de 1 hectare car le terrain est souvent trop hétérogène (insertion de ligneux moyens et de sol nu dans les zones herbacées).

Une astuce pour reconnaître les prairies est d'identifier des vaches ou des traces de leur passage (stries), des chalets d'alpage ou bâtiments d'estive.

Les classes 3 (herbacées) et 4 (lande basse) pouvant être confondues lors de la photo-interprétation, il peut être utile d'utiliser le plug-in « Send to Google Earth » sur QGis pour avoir une vue oblique et identifier des hauteurs de végétation.
## Classe 4

La classe 4 est constituée de ligneux bas ou landes basses, principalement de genévriers et d'éricacées (rhododendrons, myrtilles et airelles), dont la hauteur n'excède pas 1 mètre.

Les ligneux moyens sont généralement localisés en petites touffes à proximité des forêts ou sur les talwegs (lignes formées par les points de plus basse altitude : fond de vallée ou de rivière, ravins), au pied des arbres ou dans les clairières.

Sur les images, cette classe peut être reconnaissable aux teintes rougeâtres que prennent les branches, les fruits et les fleurs.

La consultation des photographies de la BD ORTHO permet de voir plus de détails sur la végétation (contours, ombres, texture) mais leur résolution est moindre que celle des images satellite Spot 6-7. Les images ci-contre montrent cette différence pour une même vue.

Les classes 4 (ligneux bas) et 5 (ligneux moyens) pouvant être confondues lors de la photo-interprétation, il peut être utile d'utiliser le plug-in « Send to Google Earth » sur QGis pour avoir une vue oblique et reconnaître la forme des ombres (l'ombre des troncs peut aider à différencier un buisson d'un arbuste).

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Vue de la photographie BD ORTHO</figcaption></figure>

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Vue oblique sur Google Earth</figcaption></figure>

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## Classe 5

La classe 5 représente les ligneux moyens ou landes hautes allant de 2 à 4 mètres de hauteur. Dans la région alpine étudiée ici, il s'agit essentiellement d'aulnaies.

Cette classe a été difficilement identifiable, d'une part à cause de sa faible présence, et d'autre part du fait qu'elle puisse être confondue avec la classe des ligneux hauts (texture arborée). L'utilisation de la BD ORTHO a été plus que nécessaire.

Comparés aux ligneux hauts, les ligneux moyens sont plus denses, moins hauts, moins hétérogènes dans la taille des arbres/arbustes.

Les classes 5 (ligneux moyens) et 6 (ligneux hauts) pouvant être confondues lors de la photo-interprétation, il peut être utile d'utiliser le plug-in « Send to Google Earth » sur QGis pour avoir une vue oblique et reconnaître la forme des ombres (l'ombre des troncs peut aider à différencier un arbuste d'un arbre) ; d'ailleurs, les ligneux moyens dessinent moins d'ombres car ils sont plus denses que les forêts d'arbres.

Attention, l'image ci-contre montre une plantation ONF en croissance, ce n'est pas du ligneux moyen comme pourrait le faire penser cet aspect d'arbustes denses.

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<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Plantation ONF</figcaption></figure>

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Classe 6

La classe 6 est composée de ligneux hauts, principalement des forêts denses de conifères (epiceas, sapins, pins sylvestres, pins cembros et mélèzes).

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L'interprétation d'images a ses limites ; elles sont fonction de :

* La qualité de l'interprète

La démarche d'interprétation d'image se développe surtout par le compagnonnage et l'expérience ; pour en arriver à un niveau suffisant de compétence, l'interprète doit multiplier les occasions d'analyser des images de milieux diversifiés pour différents objectifs.

* Les équipements d'observation

Le logiciel QGis est un logiciel standard, open-source, l'un des plus utilisés pour l'analyse d'images spatiales ; il peut être considéré comme tout à fait fiable.

* Les documents utilisés

Les images analysées pour la photo-interprétation (images satellite Spot 6-7 et photographies de la BD ORTHO de l'IGN) sont des données de référence en géomatique et télédétection. Néanmoins, leur résolution peut parfois être insuffisante pour l'identification de végétation sauvage.

* La possibilité de validation

Afin de valider l'étape de photo-interprétation, il est conseillé de la compléter avec des observations de terrain (photographies, échantillons, relevés GPS).
## 3. Validation terrain

La validation terrain a pour objectif d'améliorer la qualité de la photo-interprétation, notamment pour les classes 3, 4 et 5 pour lesquelles la différenciation peut être ardue sur les images satellite.

Au sein du Parc de la Vanoise et notamment dans la zone cœur, les vols de drone sont interdits ; le plan de vol a donc été élaboré de sorte à ne pas dépasser certaines limites horizontales et verticales.
Les secteurs « survolables » (pas de restrictions de vol sauf au-dessus des habitations) retenus sont les suivants :

- La vallée du Queyras dans les Alpes du Sud, où se trouve la zone d'étude « area 6 »

- La station de ski Les Menuires dans les Alpes internes, où se trouve la zone d'étude « area 4 »

- La station de ski Méribel dans les Alpes internes, où se trouve la zone d'étude « area 5 »

- La commune de Pralognan-la-Vanoise dans les Alpes du Nord, à l'ouest des Menuires et de Méribel, afin d'observer l'habitat naturel du Tétras-lyre à plus haute altitude
Le drone utilisé est un modèle Anafi de la marque Parrot.

Les deux photo-interprètes (J. Giffard-Carlet et N. Guiffant) étaient accompagnés de M. Montadert, responsable scientifique de l'observatoire des galliformes de montagne à l'Office Français de la Biodiversité (OFB), et de J. Cavailhes, chargé de mission faune au Parc National de la Vanoise.
Leur expertise a permis de mieux reconnaître les espèces végétales présentes sur les sites de l'étude, et d'appréhender à hauteur d'homme les types d'habitat naturel du Tétras-lyre.

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Le Queyras

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Située à une altitude variant de 2 215m à 3 385 m, la vallée du Queyras constitue un habitat principalement composé de mélèzes et d'herbacées au pied des arbres.

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C'est dans cet environnement herbacé de sous-bois que l'on peut rencontrer le Tétras-lyre. Au cours de ce repérage, un spécimen a pu être brièvement aperçu lors de sa fuite à notre approche.

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Les Menuires

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Cet habitat se situe à une altitude allant de 1 450m à 2 850m en son point culminant.

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Une station de ski y a été construite dans les années 60, entourée par les alpages.

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En raison de mauvaises conditions climatiques, les survol drone n'ont pu être effectués.

Néanmoins, les photos prises ci-
contre (à l'aide d'un smartphone)
ont permis d'observer de plus près
la classe des ligneux bas, et
notamment le rhododendron
(buissons de fleurs roses).
Méribel

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Situé entre 1 450 m et 2 952 m d'altitude à proximité d'une station de ski, cet habitat se compose principalement d'épicéas, d'aulnaies et d'herbacées.
Les aulnaies étaient difficilement identifiables sur les images satellite et les orthophotos de l'IGN.

Les photographie ci-dessous (prises à l'aide d'un smartphone, les mauvaises conditions climatiques n'ayant pas permis de faire voler le drone) montrent que la hauteur de cette végétation peut être confondue avec les ligneux bas (landes basses), d'autant plus lorsqu'elle est observée à partir d'une vue de dessus.

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En présence d'aulnaies, les Tétras-lyre seuls évoluent de préférence dans les forêts claires et les aulnes, alors que les nichées se retrouvent davantage dans les landes ouvertes et les prairies avec quelques aulnes.

Pour nicher les Tétras-lyre préfèrent les hautes herbes (30-50 cm) mais pas plus hautes, plutôt humides, car c'est dans ce type de végétation que les poussins trouvent les populations d'insectes qu'ils aiment manger ; les adultes quant à eux peuvent évoluer un peu partout.

Les coqs circulent sur des places de chant ; la période de parade amoureuse peut avoir lieu un peu toute l'année.
Pralognan-la-Vanoise

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Ce terrain, situé au pied du glacier du Dôme de Polset culminant à 3 497 m, avait pour intérêt l'observation de l'habitat naturel du Tétras-lyre à une altitude supérieure à celles des zones d'étude retenues.
Les photographies ci-dessous montrent un bel exemple de la variation marquée de végétation (et par conséquent des habitats naturels) qui peut résulter de la différence d'exposition au soleil entre l'adret et l'ubac.

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Les 2 côtés pourraient être habités par des Tétras-lyre, bien que le versant exposé à l'est soit plus dense et donc plus propice à la nichée.

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