# Etude expérimentale en cartographie de la végétation par télédétection

Vanessa Sellin, Sylvie Magnanon, Françoise Gourmelon, Françoise Debaine, Jean Nabucet

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Vanessa Sellin, Sylvie Magnanon, Françoise Gourmelon, Françoise Debaine, Jean Nabucet. Etude expérimentale en cartographie de la végétation par télédétection. Cybergeo: Revue européenne de géographie / European journal of geography, 2015, pp.730. 10.4000/cybergeo.27067. hal-01165523

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# Etude expérimentale en cartographie de la végétation par télédétection

*Experimental vegetation mapping study using remote sensing*

Vanessa Sellin, Sylvie Magnanon, Françoise Gourmelon, Françoise Debaine et Jean Nabucet

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OpenEdition
Journals

## Édition électronique

URL : https://journals.openedition.org/cybergeo/27067

DOI : 10.4000/cybergeo.27067

ISSN : 1278-3366

## Éditeur

UMR 8504 Géographie-cités

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Nantes
Université

## Référence électronique

Vanessa Sellin, Sylvie Magnanon, Françoise Gourmelon, Françoise Debaine et Jean Nabucet, « Etude expérimentale en cartographie de la végétation par télédétection », *Cybergeo: European Journal of Geography* [En ligne], Cartographie, Imagerie, SIG, document 730, mis en ligne le 13 juin 2015, consulté le 31 octobre 2022. URL : http://journals.openedition.org/cybergeo/27067 ; DOI : https://doi.org/10.4000/cybergeo.27067

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# Etude expérimentale en cartographie de la végétation par télédétection

*Experimental vegetation mapping study using remote sensing*

Vanessa Sellin, Sylvie Magnanon, Françoise Gourmelon, Françoise Debaine et Jean Nabucet

## Remerciements

Cette étude a été réalisée dans le cadre d'une convention CNRS LETG-CBNB, en partenariat avec plusieurs membres du CBNB, des UMR LETG et ECOBIO. Elle a bénéficié de financements européens (FEDER) et régionaux (Agence de l'eau Seine-Normandie, Régions et DREAL de Basse-Normandie, Bretagne et Pays de la Loire) ainsi que d'un soutien ISIS pour l'acquisition d'images SPOT. Nous remercions l'ensemble de l'équipe associée au projet ainsi que les deux relecteurs pour la qualité de leurs remarques.

## Introduction

1

En France, le peu de connaissances disponibles sur la répartition et l'état des végétations a conduit les politiques publiques à favoriser les études dans ce domaine. En effet, il n'existe aujourd'hui aucune carte de végétation au 1/25 000 de l'ensemble du territoire et il est impossible d'envisager une telle cartographie avec les seules techniques classiques de terrain. La télédétection, étant donnés les progrès réalisés tant sur le plan de la qualité des images que des performances des procédures de classification, est considérée comme une alternative de plus en plus fiable pour y parvenir. C'est dans ce contexte que s'est mise en place cette étude dont l'objectif est d'établir une méthode de cartographie des grands types de végétations de l'ouest de la France au 1/25 000. Cette méthode doit être reproductible et permettre à la fois de répondre à un besoin de couverture de grands territoires et en même temps d'aide à l'identification et à la gestion des végétations sur le terrain.
2 La majorité des études de cartographie des grands types de végétation utilisent les typologies EUNIS (Bock et al., 2005, Gourmelon et al., 2005), Corine Biotopes (SIRS, 2009) ou Natura 2000 (Gianetti et al., 2010) ou des typologies propres à l'étude. Or ces classifications sont parfois incomplètes, imprécises et peu adaptées à la réalisation de cartes et d'inventaires à l'échelle régionale. Le CBN de Brest a récemment établi une classification emboîtée des végétations de l'ouest de la France (Delassus et al., 2014), qui articule les typologies de structure de la végétation et les typologies utilisées sur le terrain. Cette approche parait particulièrement adaptée à l'étude des végétations par traitement automatique d'images, et à la recherche d'une articulation entre les techniques de cartographie basées sur une approche « terrain » et celles faisant appel à des traitements d'images et de données numériques.

3 Si la photo-interprétation d'images aériennes et satellitaires est une technique encore utilisée aujourd'hui pour cartographier les zones humides (AESN, 2006), les habitats forestiers (IFN, 2008) et plus généralement, les grands types de végétation (Gourmelon et al., 2005 ; SIRS, 2009 ; GIP Loire estuaire, 2012), un nombre croissant d'études produisent des cartes de la végétation par classification automatique d'images aériennes et satellitaires (Augello et Capogrossi, 2007 ; Lucas et al., 2011), qui offre une économie et une reproductibilité des procédures de traitement (Medcalf et al., 2011 ; Vanden-Borre et al., 2011). L'approche fondée sur le pixel repose sur le principe d'attribution de chaque pixel de l'image à une classe en fonction de ses valeurs spectrales. Apparue dans les années 1970, elle est encore utilisée pour cartographier les grands types de milieux (More et al., 2005 ; Ouyang et al., 2011), les habitats forestiers (Roche et al., 2010) ou l'occupation du sol (Sanchez-Hernandez et al., 2007 ; Schuster et al., 2012). L'approche orientée-objet, apparue dans les années 2000, est de plus en plus utilisée pour traiter les images à haute et très haute résolution spatiale. En effet, ces images se caractérisent par une variance locale élevée, rendant peu efficaces les classificateurs conventionnels (Caloz et Pointet, 2003). Le principe de l'approche orientée-objet est de segmenter l'image en objets selon un seuil d'homogénéité que l'on détermine, puis de classer ces objets non seulement sur la base de critères spectraux (comme dans la méthode basée sur le pixel), mais aussi texturaux, de forme et de voisinage, ce qui augmente la fiabilité de la classification (Bock et al., 2005 ; Gao et Mas, 2008).

4 L'intérêt de l'analyse d'images orientée-objet pour la cartographie de la végétation a été démontré dans un certain nombre d'études. Ainsi par exemple, SIRS (2009) utilise cette méthode sur des ortho-images infrarouge, des images RapidEye et SPOT5 pour mettre à jour la cartographie des grands types de milieux au 1/10 000. Allenbach et al. (2010) travaillent sur des images SPOT5 et des données SIG pour caractériser les habitats au 1/10 000 avec un coefficient Kappa de 0.9. Enfin Lucas et al. (2011) caractérisent avec une précision supérieure à 80 %, 103 habitats à partir d'une combinaison d'images SPOT5, IRS LISS3, Landsat et ASTER. D'autres études utilisent l'approche orientée-objet pour la caractérisation fine d'un type de milieu particulier, celle des forêts par exemple, à partir d'images Landsat (Triepke et al., 2008), Ikonos (Eisfelder et al., 2009), SPOT (Renaud et al., 2010), Worlview-2 (Immitzer et al., 2012) ou des ortho-images infrarouge (IFN, 2008). Hantson et al., (2012) ont montré par ailleurs que c'est avec l'approche orientée-objet appliquée à des images aériennes couplées avec des données LiDAR que les espèces arbustives invasives sont les mieux identifiées sur les dunes grises. Les zones humides enfin, dont la disparition rapide est une préoccupation majeure à travers le monde ont également fait l'objet de nombreuses études aboutissant à une cartographie. On citera
notamment Tuxen et al. (2008), Midwood et Chow-Fraser (2011) et Ouyang et al. (2011) pour la cartographie des zones humides littorales. Les premiers caractérisent 9 habitats de prés salés à partir d'ortho-images infrarouge, les seconds distinguent 6 classes d'occupation du sol à partir d'images Ikonos avec une précision supérieure à 87 % et les derniers caractérisent 3 classes à partir d'images Quickbird. D'autres études portent plus spécifiquement sur les zones humides intérieures et utilisent des images SPOT (Hubert-Moy et al., 2006), Landsat (Frohn et al., 2009), des ortho-images infrarouge (Gao et al., 2012) et des images Quickbird pour la détection des changements (Johansen et al., 2008). Plus récemment, rapinel et al. (2014b) ont montré l'intérêt de coupler le Lidar aux images satellitaires (SPOT, Quickbird, Kompsat) en approche orientée-objet pour caractériser avec succès 10 grands types de milieux au sein d'une vaste zone humide de 532 hectares. Enfin Dribault et al. (2012) utilisent 10 images à très haute résolution Geo-Eye-1 pour cartographier d'une part les enveloppes des tourbières avec une précision de 93 % et d'autre part leur structure interne avec une précision de 82 %.

Pour la réalisation de cartes au 1/25 000 et l'identification des grands types de végétation, l'exploitation des images SPOT, associées à d'autres sources de données, semble justifiée en termes de résolution et de coût (Allenbach et al., 2010 ; Lucas et al., 2011). L'adéquation des ortho-images en infrarouge couleur pour la cartographie automatique de la végétation est en revanche beaucoup moins étudiée, ce, malgré un coût de mise à disposition bien inférieur à celui de l'imagerie satellitaire. Elles sont généralement utilisées pour la photo-interprétation et, le plus souvent, pour la caractérisation d'un type de milieu particulier. L'IFN (2008) les utilise en créant dans un premier temps un fond vert en approche orientée-objet, qui est enrichi, dans un second temps, par photo-interprétation, pour distinguer 31 habitats forestiers. Le GIP Loire estuaire (2012) obtient une cartographie par photo-interprétation des grandes formations végétales de l'estuaire de la Loire avec une précision de 74 %. SIRS (2009) a testé la cartographie par photo-interprétation au 1/5 000 de 64 habitats naturels regroupés en 8 grands types de milieu sur une vaste zone de 13 700 km² à partir d'ortho-images infrarouge. A notre connaissance, seul Tuxen et al. (2008) couplent ces images avec du LiDAR pour caractériser 9 classes de prés salés avec une précision de 85 % en approche orientée-objet. Le peu d'études fondées sur une classification automatique menées à ce jour à partir de ces images et les résultats obtenus par photo-interprétation justifient une expérimentation exhaustive sur de vastes territoires. Les images Worldview-2 sont un autre type d'image encore très peu utilisé. Disponibles depuis 2009, elles semblent prometteuses pour caractériser finement la végétation grâce à une résolution spatiale élevée et 8 bandes spectrales. Quelques études ont déjà montré le potentiel de ces images pour classer et inventorier les végétations de zones humides (Lane et al. 2014), les délimiter (Hassan et al., 2014), cartographier les différents habitats de forêts rivulaires (Strasser et al. 2014) et les différentes espèces d'arbres et leur mortalité (Waser et al. 2014). Mais aucune étude n'a encore expérimenté la cartographie de grands types de végétation sur de vastes territoires à partir de ces images. Les résultats obtenus au cours de cette étude à partir de l'image Worldview-2 ont fait l'objet d'une publication dans la revue *Journal of Environmental Management* (Rapinel et al., 2014a).

Nous présentons ici les résultats de la recherche d'une méthodologie pour la cartographie des grands types de végétation de l'Ouest de la France au 1/25 000 selon une typologie adaptée. Nous proposons un protocole méthodologique fondé sur l'analyse d'image orientée-objet et comparons les performances des images Spot, des ortho-images en
infrarouge couleur et des images Worldview-2 sur des sites tests (Sellin *et al.*, 2013). Cette étude est le résultat d'un partenariat¹ entre le Conservatoire botanique national de Brest (CBN de Brest), l'UMR6554 LETG CNRS avec l'appui de l'UMR6554 ECOBIO.

# Sites d'étude et données mobilisées

## Sites d'étude

Quatre sites ont été expérimentés (Figure 1). Répartis sur l'ensemble des trois régions étudiées, Bretagne, Basse-Normandie et Pays de la Loire, ils ont été choisis pour leur diversité en types de milieux (Tableau 1) et la disponibilité de cartes de la végétation récentes et à grande échelle (1/5 000). Trois d'entre eux (complexe du Menez-Hom, marais de la Sangsurière et de l'Adriennerie, dunes de la Sauzaie et marais du Jaunay) ont servi de sites tests pour élaborer les procédures de traitement des images, alors que le quatrième (havre de Saint-Germain-sur-Ay et landes de Lessay), le plus vaste et le plus riche en types de végétation, a servi à valider leur reproductibilité.

<table><caption>Tableau 1 : Description des sites d'étude</caption><thead><tr><td>Site</td><td>Description</td></tr></thead><tbody><tr><td>Complexe du Menez-Hom</td><td>Végétations de landes, de tourbières et de forêts de l'ouest armoricain.</td></tr><tr><td>Marais de la Sangsurière et de l'Adriennerie</td><td>Végétations de prairies et de marais et boisements humides de l'ouest du Cotentin.</td></tr><tr><td>Dunes de la Sauzaie et marais du Jaunay</td><td>Végétations thermophiles et littorales du domaine atlantique : végétations de dunes, de forêts littorales et de marais saumâtres.</td></tr><tr><td>Havre de Saint-Germain-sur-Ay et landes de Lessay</td><td>Site représentatif des végétations du Massif armoricain composé de végétations littorales et d'une grande partie des végétations intérieures : forêts, landes, tourbières et prairies.</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 1 : Localisation des sites d'étude</figcaption></figure>

# Images et informations géographiques

## Images aériennes et satellitaires

8 Deux types d'images ont été testés, satellitaires (SPOT5 et Worldview-2) et aériennes (BDORTHO® IRC). Elles ont été sélectionnées en fonction de leurs résolutions spatiale et spectrale et de leur coût (Tableau 2 et Figure 2).

<table><caption>Tableau 2 : Caractéristiques des images satellitaires et aériennes utilisées</caption><thead><tr><th></th><th>SPOT5</th><th>Worldview-2</th><th>BDORTHO® IRC</th></tr></thead><tbody><tr><th>Résolution spatiale (multispectrale)</th><td>10m</td><td>2m</td><td>0,50m</td></tr><tr><th>Résolution spatiale (panchromatique)</th><td>5m</td><td>0,5m</td><td>/</td></tr></tbody></table>
<table><tr><td>Bandes spectrales</td><td>V (0,50 - 0,59 µm)<br/>R (0,61 - 0,68 µm)<br/>PIR (0,78 - 0,89 µm)<br/>MIR (1,58 - 1,75 µm)</td><td>Coastal (0,40 - 0,45 µm)<br/>B (0,45 - 0,51 µm)<br/>V (0,51 - 0,58 µm)<br/>J (0,58 - 0,62 µm)<br/>R (0,63 - 0,69 µm)<br/>RedEdge (0,70 - 0,74 µm)<br/>PIR1 (0,77 - 0,89 µm)<br/>PIR2 (0,86 - 1,04 µm)</td><td>V (0,5 - 0,6 µm)<br/>R (0,6 - 0,7 µm)<br/>PIR (0,7 - 0,9 µm)</td></tr><tr><td>Emprise au sol</td><td>60x60km</td><td>16x14km</td><td>Départementale<br/>Livrée sous la forme<br/>de dalles de 1km x<br/>1km</td></tr><tr><td>Echelle de cartographie préconisée</td><td>1/25 000</td><td>1/5 000</td><td>1/5 000</td></tr><tr><td>Date des prises de vue</td><td>Menez-Hom :<br/>25/04/2011<br/>Sangsurière :<br/>31/07/2011<br/>Sauzaie-Jaunay :<br/>25/06/2011<br/>Lessay : 31/07/2011</td><td>Sauzaie-Jaunay :<br/>25/05/2011</td><td>Fin mai pour tous<br/>les sites</td></tr><tr><td>Tarif</td><td>2700 € la scène (MS + Pan) en archive. 3500 € la scène (MS + Pan) en programmation. (Tarif public)</td><td>26 $/km² (Standard Bundle 50cm Pan + 8-band 2m MS) (archive). 32 $/km² (Standard Bundle 50cm Pan + 8-band 2m MS) (Tarif public programmation)</td><td>Environ 1800 € par département (Tarif public)</td></tr><tr><td>Tarif (contexte de l'étude)</td><td>260 € (archive : MS + Pan) 380 € (programmation : MS + Pan) (Tarif programme ISIS)</td><td>26 $/km² (Standard Bundle 50cm Pan + 8-band 2m MS) (archive). 32 $/km² (Standard Bundle 50cm Pan + 8-band 2m MS) (Tarif public programmation)</td><td>480 € pour 3 départements (Tarif licence recherche/enseignement)</td></tr></table>
<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 2 : Extrait des images du site des dunes de la Sauzaie et des marais du Jaunay en Vendée (de gauche à droite : BDORTHO® IRC, SPOT5, Worldview-2) (R : PIR / V : R / B : V)</figcaption></figure>

## Informations géographiques

Des couches thématiques issues de plusieurs bases d'information géographique ont été utilisées au cours des traitements, afin de discriminer des végétations dont les signatures spectrales sont proches (Allenbach et al., 2010) (Tableau 3). A ces niveaux de traitement, le nombre d'objets à identifier et leur hétérogénéité sont très élevés, ce qui complique les procédures d'extraction (Baatz et al., 2008 ; Sparfel et al., 2011). Le recours à des informations auxiliaires provenant de différentes sources s'impose donc (Bock et al., 2005 ; Renaud et al., 2010 ; Bradter et al., 2011). Une couche des zones à dominante humide est par exemple utilisée au niveau le plus fin de la nomenclature pour discriminer les végétations hygrophiles des végétations mésophiles. Elles sont aussi utilisées sous la forme de masques afin de ne conserver que les zones végétalisés dans les premières étapes de la classification.

<table><caption>Tableau 3 : Informations géographiques vectorielles utilisées</caption><thead><tr><td>Informations géographiques vectorielles</td><td>Producteur</td><td>Echelle d'exploitation</td><td>Commentaires</td></tr></thead><tbody><tr><td>Sables dunaires</td><td>BRGM - BD Scan-Géol-50</td><td>1/50 000</td><td>Compte tenu de l'échelle visée pour la cartographie des végétations (1/25 000), quelques modifications ont été apportées aux polygones de cette couche, exploitable au 1/50 000.</td></tr><tr><td>Zones à dominante humide (ZDH)</td><td>Agrotransfert Bretagne</td><td>1/100 000</td><td></td></tr></tbody></table>
<table><tr><td>Zones à dominante humide (ZDH)</td><td>CBN de Brest</td><td>1/50 000</td><td>Information produite selon le protocole d' I-MAGE Consult (I-MAGE CONSULT, 2006) quand elle n'était pas déjà disponible par ailleurs.</td></tr><tr><td>Parcellaire</td><td>IGN - BDPARCELLAIRE®</td><td>1/25 000</td><td>Information provenant de la couche « parcelle », ou de la numérisation de la BDPARCELLAIRE® en format raster pour les sites ou le format vecteur n'est pas encore disponible.</td></tr><tr><td>Bâti</td><td>IGN - BDTOPO®</td><td>1/25 000</td><td>Information provenant de la fusion de huit couches issues de la BDTOPO®.</td></tr><tr><td>Routes</td><td>IGN - BDTOPO®</td><td>1/25 000</td><td>Information provenant de la fusion des couches « chemins », « routes primaires » et « routes secondaires » (avec buffer de 3 à 10 m) de la BDTOPO®.</td></tr><tr><td>Surfaces en eau</td><td>IGN - BDTOPO®</td><td>1/25 000</td><td>Information provenant de la fusion des couches « tronçons cours d'eau » et « surface eau » de la BDTOPO®.</td></tr><tr><td>Zone intertidale</td><td>IGN - BDTOPO®</td><td>1/25 000</td><td>Information déduite de la couche « tronçon laisse » de la BDTOPO®.</td></tr><tr><td>Forêts</td><td>IFN/IGN - BDTOPO®</td><td>1/25 000</td><td></td></tr><tr><td>Haies</td><td>IFN/IGN - BDTOPO®</td><td>1/25 000</td><td></td></tr><tr><td>Fourrés nains</td><td>IFN/IGN - BDTOPO®</td><td>1/25 000</td><td>Information provenant de la couche « zone végétation » de la BDTOPO®.</td></tr><tr><td>Plantations</td><td>IFN/IGN - BDTOPO®</td><td>1/25 000</td><td></td></tr></table>

10 D'autres couches d'informations ont été utilisées pour la validation des classifications. Ces données de validation proviennent de deux sources :

* Relevés de végétation au GPS (relevés d'observation directe et relevés phytosociologiques) réalisés, selon les sites, d'avril à septembre, entre 2009 et 2012.

* Points créés sur les images, par analyse croisée des images et des cartes de terrain pour les classes « milieux non végétalisés », « milieux aquatiques avec ou sans prairies et pelouses amphibies associées », « végétations artificielles » (classes pour lesquelles nous ne disposions pas de relevés de terrain).
Typologie de la végétation

Plusieurs classifications de la végétation et des habitats sont disponibles dont Corine Biotopes, EUNIS et Natura 2000 (EUR 27), très utilisées en France. Néanmoins, ces classifications sont parfois incomplètes, imprécises et peu adaptées pour la réalisation de cartes et d'inventaires à l'échelle régionale. Afin de pallier les difficultés d'utilisation de ces typologies, le CBN de Brest a créé, en 2000, un « référentiel typologique des habitats de Basse-Normandie, de Bretagne et des Pays de la Loire » (CBN de Brest, 2007). Fondé sur la classification phytosociologique, il rassemble la liste des syntaxons recensés dans ces régions. Partant de cette liste de référence, et s'inspirant de la méthode américaine de classification des végétations (FGDC, 2008), le CBN de Brest a récemment établi une classification « emboitée » des végétations du territoire d'étude, organisée en 8 niveaux hiérarchiques (Delassus et al., 2014) (Figure 3).

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 3 : Principe d'emboîtement des végétations dans la typologie du CBN de Brest. Chaque niveau est identifié par un code couleur (Delassus et al., 2014)</figcaption></figure>

Cette typologie permet d'articuler la typologie phytosociologique utilisée sur le terrain avec des typologies de structure de la végétation. Les niveaux supérieurs (classe de formation et sous-classe de formation) sont fondés sur des critères physionomiques, ce qui est particulièrement adapté pour une caractérisation des végétations par des méthodes de traitement d'images ; les niveaux inférieurs reposant quant à eux sur des critères floristiques (alliances et associations). Le lien entre les niveaux morphologiques et floristiques s'établit aux niveaux intermédiaires (formation, division, macrogroupe, groupe).

Les premières classifications des images sélectionnées ont justifié quelques ajustements concernant les niveaux supérieurs de la typologie. Un premier niveau « Occupation du sol » a été créé afin de discriminer les milieux non végétalisés des milieux végétalisés ; ces derniers comprenant les végétations artificielles d'une part et les végétations naturelles et semi-naturelles d'autre part. Les classes du niveau « Formation » de la typologie du CBN de Brest ont été reprises pour la plupart dans un deuxième niveau typologique (niveau « Grands types de végétation ») à l'exception de la classe des végétations aquatiques (continentales) dont l'identification est impossible à partir des images utilisées car elles sont souvent imbriquées avec des végétations amphibies. Une classe « Milieux aquatiques avec ou sans végétations amphibies associées » a donc été créée. Enfin, un troisième niveau typologique a été défini. Il correspond, pour une majorité des
classes, au niveau « Division » de la typologie de Delassus et al. (2014). Le tableau 4 synthétise les classes identifiées par traitement d'image dans cette étude.

<table><caption>Tableau 4 : Classes identifiées par l'étude</caption><thead><tr><th>Niveau 1 (Occupation du sol)</th><th>Niveau 2 (Grands types de végétation)</th><th>Niveau 3 (Types de formations végétales)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Milieux non végétalisés</td><td></td><td></td></tr><tr><td rowspan="3">Végétations artificielles</td><td>Cultures</td><td></td></tr><tr><td>Plantations</td><td></td></tr><tr><td>Parcs et jardins</td><td></td></tr><tr><td rowspan="10">Végétations naturelles et semi-naturelles</td><td rowspan="5">Forêts</td><td>Forêts mésophiles (caducifoliées)</td></tr><tr><td>Forêts hyrophiles (caducifoliées)</td></tr><tr><td>Forêts de conifères</td></tr><tr><td>Forêts de sclérophylles</td></tr><tr><td>Forêts mixtes</td></tr><tr><td rowspan="2">Fourrés arbustifs</td><td>Fourrés mésophiles</td></tr><tr><td>Fourrés hyrophiles</td></tr><tr><td rowspan="3">Fourrés nains</td><td>Landes et garrigues</td></tr><tr><td>Tourbières à chaméphytes</td></tr><tr><td>Fourrés crassulescents</td></tr><tr><td>Végétations aquatiques marines</td><td>Herbiers marins</td></tr><tr><td rowspan="8">Végétations herbacées</td><td>Prairies mésophiles</td></tr><tr><td>Prairies hyrophiles</td></tr><tr><td>Pelouses sur sable non fixé</td></tr><tr><td>Pelouses sur sable fixé</td></tr><tr><td>Roselières et cariçaies</td></tr><tr><td>Franges et lisières</td></tr><tr><td>Prés salés</td></tr></tbody></table>
## Méthode

Les procédures de classification des trois images ont été développées en parallèle. Leur élaboration a été menée selon une démarche itérative qui a consisté à tester différentes méthodes de segmentation, de classification, et de validation puis à revenir sur ces méthodes en modifiant différents paramètres jusqu'à aboutir à un résultat satisfaisant. Le diagramme méthodologique présentant les différentes étapes de l'élaboration des procédures pour chaque image est présenté en figure 4.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 4 : Diagramme méthodologique</figcaption></figure>

## Prétraitement des images

Chaque image a subi une série de prétraitements afin de pouvoir effectuer des comparaisons entre les données ayant été acquises par des capteurs différents, à des dates et dans des conditions différentes (Figure 4).

Pour la BDORTHO® IRC, ces prétraitements ont consisté en la création de mosaïques de dalles sur chaque site.

Pour les images satellitaires, chaque image ayant été acquise en modes multispectral et panchromatique, la première étape a consisté à fusionner ces deux images afin d'en améliorer la résolution spatiale. Notre choix s'est porté sur l'algorithme de Gram-Schmidt
(ré-échantillonnage avec la méthode de convolution cubique) (Laben et Brower 2000), plusieurs auteurs ont en effet montré que cet algorithme respecte la cohérence des comptes numériques et limite les distorsions par rapport à d'autres algorithmes de fusion d'image (Santurri et al., 2010 ; Yuhendra et al., 2011). Après fusion, la résolution de l'image SPOT5 est de 5 m et celle de l'image Worldview-2 de 50 cm. Ces images font également l'objet d'une correction radiométrique et atmosphérique fondée sur le modèle 5S (Kergomard 2000) pour les images SPOT et le modèle MODTRAN (Berk et al., 1999) pour les images Worldview-2. Enfin, les images initialement projetées en UTM WGS 84 ont été re-projetées dans le système français RGF Lambert 93.

## Méthode de classification retenue

Les images à très haute résolution se caractérisent par une variance locale élevée, rendant peu efficace les classificateurs conventionnels. Les classificateurs dits contextuels paraissant mieux adaptés au traitement de ce type d'images (Caloz et Pointet 2003 ; Flanders et al., 2003 ; Puissant et Weber 2004), une approche orientée-objet a été privilégiée dans cette étude (Figure 4). Le protocole méthodologique intègre une procédure de classification supervisée par arbre hiérarchique utilisant des fonctions d'appartenance. La littérature nous a permis de cibler les critères les plus favorables à la discrimination des différents types de végétation (Figures 5, 6, 7). De nombreux tests ont ensuite permis de ne retenir que les critères les plus discriminants pour chaque classe, mais aussi d'assurer une reproductibilité des traitements. Le seuillage des fonctions d'appartenance est réalisé de manière empirique. Pour la mise en œuvre des procédures de traitements, une démarche déductive a été appliquée. Elle consiste à effectuer une succession de masques, en classant les objets les plus facilement identifiables jusqu'aux objets les plus complexes (Puissant et Weber 2004).

Il est apparu intéressant pour la classification de l'image Worldview-2 de combiner les deux approches, basée-pixel et orientée-objet (Figure 4) (Rapinel et al. 2014a). L'approche basée sur le pixel permet en effet d'exploiter au maximum l'information spectrale de l'image. Immitzer et al. (2012) ont bien mis en évidence l'intérêt d'utiliser les 8 bandes spectrales de Worldview-2 pour discriminer les végétations arborées tout comme Schuster et al. (2012) qui ont démontré que l'utilisation de la bande Red-Edge augmentait significativement la discrimination des milieux ouverts et des végétations arbustives. Nous avons choisi, après avoir testé plusieurs algorithmes, un mode de classification supervisé par maximum de vraisemblance, qui est fréquemment utilisé en télédétection (Otukei et Blaschke 2010). 282 échantillons d'entrainement homogènes ont été sélectionnés dans une partie des relevés de terrain et par photo-interprétation. L'avantage d'effectuer une première classification basée-pixel de l'image Worldview-2 puis d'intégrer ce résultat à une classification orientée-objet est de s'affranchir du résultat « poivre et sel » de la classification basée-pixel et de bénéficier de tous les critères de classification de l'approche orientée-objet.

Les étapes de l'analyse d'image orientée-objet, segmentation, sélection des critères discriminants et classification par fonction d'appartenance ont été menées sur les trois types d'images comme cela est présenté dans les figures 5, 6, 7. L'étape de segmentation, est déterminante quant aux résultats de la classification. Différentes méthodes ont été testées sur les trois images. Suite à ces tests et au regard de la littérature (Blaschke et Strobl 2001), c'est la segmentation dite multirésolution (proposée par le logiciel
eCognition) qui a été retenue. Elle présente l'avantage d'une meilleure transférabilité des procédures de classification par rapport aux classifications basées sur le pixel (Hofmann et al. 2011). L'algorithme génère des niveaux d'objets-image en fusionnant les pixels adjacents qui ont une homogénéité de forme et de couleur, pour un facteur d'échelle donné. Les différents paramètres de segmentation (facteur d'échelle, part de la couleur et de la forme dans le critère d'homogénéité notamment) sont formalisés de manière empirique, après de nombreux tests. L'objectif à atteindre est de faire correspondre au mieux les objets caractérisant chaque niveau de la typologie aux objets-image générés par les différents niveaux de segmentation de l'image (Figures 5, 6, 7). L'évaluation de la segmentation est une question récurrente depuis l'émergence de la classification orientée-objet. Räsänen et al. (2013) concluent qu'une bonne segmentation est une segmentation qui permet de réaliser une bonne classification mais qu'il est impossible d'évaluer une segmentation sans évaluer la classification qui en résulte. Dans cette étude nous avons procédé de manière empirique à la validation des segmentations en faisant de nombreux tests jusqu'à ce que le résultat nous semble optimal visuellement et reproductible sur l'ensemble des zones test.

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Pour la classification en approche orientée-objet des trois images, les données auxiliaires vectorielles disponibles sur l'ensemble des sites ont été mobilisées (totalement ou partiellement selon la résolution de l'image) (Tableau 3) comme indiqué au § Informations géographiques. Des données auxiliaires matricielles ont également été utilisées (Tableau 5). Dans les procédures de classification des végétations par télédétection, la texture est un paramètre fortement discriminant notamment pour les végétations arborées (Mallinis et al., 2008; Ota et al., 2010). Les algorithmes d'Haralick intégrés au logiciel eCognition sont très longs à mettre en œuvre dans les procédures de classification. Pour contourner ce problème, des images de texture ont été crées sous le logiciel de traitement d'images ENVI (Tableau 5) à partir de l'image Worldview-2 et de la BDORTHO® IRC. Ces images ont été intégrées soit au moment de la segmentation pour la BDORTHO® IRC (Ryherd et Woodcock 1996) soit comme critère de classification par fonction d'appartenance au moment de la classification de l'image Worldview-2 et de la BDORTHO® IRC.

<table><caption>Tableau 5 : Images de texture utilisées pour les classifications de chaque type d'image</caption><thead><tr><td>Images de texture</td><td>Producteur de la donnée</td><td>Echelle d'exploitation</td><td>Commentaires</td></tr></thead><tbody><tr><td>Energie (Second moment)</td><td>CBN de Brest</td><td>1/5 000</td><td>Cette image est dérivée de la BDORTHO IRC® sous ENVI sur la bande du PIR.</td></tr><tr><td>Homogénéité (Homogeneity)</td><td>CBN de Brest</td><td>1/5 000</td><td>Cette image est dérivée de la BDORTHO IRC® sous ENVI sur la bande du PIR.</td></tr><tr><td>Dissimilarité (Dissimilarity)</td><td>CBN de Brest</td><td>1/5 000</td><td>Cette image est dérivée de l'image Worldview-2 sous ENVI sur la bande du PIR et du panchromatique.</td></tr></tbody></table>

22

Des cartes récentes de terrain, réalisées par des phytosociologues ont par ailleurs été mobilisées en tant qu'aide à l'interprétation des objets issus de la segmentation.
## Reproductibilité de la méthode

23 La reproductibilité des procédures a été testée sur le site de validation (havre de Saint-Germain-sur-Ay et landes de Lessay) pour les images SPOT5 et la BDORTHO® IRC (Figure 4). Lorsque les paramètres de classification des végétations identifiés sur les sites tests n'étaient pas reproductibles sur le site de validation, de nouveaux critères ont été sélectionnés jusqu'à ce que la reproductibilité soit avérée sur l'ensemble des sites. N'ayant été acquise que sur le site des dunes de la Sauzaie et des marais du Jaunay en raison de son coût, la reproductibilité des traitements effectués à partir de l'image Worldview-2 n'a pu être testée.

## Validation des classifications

24 L'évaluation des classifications est fondée sur l'élaboration de matrices de confusion qui comparent les objets obtenus par classification automatique avec des points de référence dont les caractéristiques sont connues (Girard et Girard, 2010) (Figure 4). 240 points ont été récoltés pour la validation des sites tests et 470 pour le site de validation dont la superficie et la diversité en végétation est beaucoup plus importante. Les évaluations ont été produites aux trois niveaux typologiques : occupation du sol, grands types de végétation, types de formations végétales. La performance globale de la classification a été évaluée par le coefficient Kappa dont la valeur est comprise entre 0 et 1 (Congalton et al., 1991).

# Résultats

## Protocole pour la cartographie de la végétation

25 Pour chaque image, l'étude a conduit à 3 types de productions (Sellin et al., 2013) :

26 Un protocole reproductible d'analyse des différents types d'image, permettant d'identifier un certain nombre de classes de végétation, à des niveaux plus ou moins fins de la typologie utilisée, comme présenté sur les figures 5, 6, et 7. Les paramètres de segmentation sont rappelés dans la partie gauche de chaque figure. Pour chaque classe sont indiqués les critères d'appartenance les plus discriminants ayant été retenus. Les couleurs rappellent les différents niveaux de la typologie emboîtée des végétations (Figure 3) ;
<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figure 6 : Procédure préconisée pour le traitement des images SPOT5</figcaption></figure>

<figure><img src="image_10.png" /></figure>
<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 7 : Procédure préconisée pour le traitement de l'image Worldview-2</figcaption></figure>

Une carte par niveau typologique (occupation du sol, grands types de végétations, types de formations végétales), documentée par une matrice de confusion qui permet d'apprécier la qualité de la carte ;

Un catalogue présentant les traitements effectués pour chaque végétation, accompagné de l'ensemble des procédures de classification.

## Performances fines comparées

Les résultats présentés ci-après correspondent à la comparaison des images sur le site des dunes de la Sauzaie et des marais du Jaunay, seul site ou toutes les images ont été acquises (Figure 8). Pour les végétations non présentes sur ce site, ce sont les résultats obtenus sur le site de validation (havre de Saint-Germain-sur-Ay et landes de Lessay) qui sont exposés.

## Niveau « Occupation du sol »

<table><caption>Tableau 6 : Bilan des résultats obtenus par image, au niveau « Occupation du sol » sur le site des dunes de la Sauzaie et des marais du Jaunay : les chiffres correspondent aux taux d'identification, les couleurs, aux pourcentages d'identification (Vert : 0-30 % ; Orange : 31-50 % ; Rouge : 51-100 %).</caption><thead><tr><th rowspan="2">Niveau « Occupation du sol »</th><th colspan="2">SPOT5</th><th colspan="2">BDORTHO IRC</th><th colspan="2">WorldView-2</th></tr><tr><th colspan="2">0,63</th><th colspan="2">0,81</th><th colspan="2">0,88</th></tr></thead><tbody><tr><th>Kappa</th><td>Sous-détection</td><td>Sur-détection</td><td>Sous-détection</td><td>Sur-détection</td><td>Sous-détection</td><td>Sur-détection</td></tr><tr><th>Milieux non végétalisés</th><td>42</td><td>12</td><td>9</td><td>13</td><td>4</td><td>4</td></tr><tr><th>Végétations artificielles</th><td>43</td><td>38</td><td>22</td><td>19</td><td>27</td><td>13</td></tr><tr><th>Végétations naturelles et semi-naturelles</th><td>4</td><td>12</td><td>7</td><td>4</td><td>2</td><td>5</td></tr></tbody></table>

A ce niveau et quelle que soit l'image, on obtient des classifications très satisfaisantes pour les végétations naturelles et semi-naturelles (entre 2 et 12 % de sous et sur-
détection). Elles sont également satisfaisantes pour les milieux non végétalisés (entre 4 et 13 % de sous et sur-détection) et les végétations artificielles (22 et 27 % de sous-détection ; 13 et 19 % de sur-détection), à partir de la BDORTHO® IRC et de l'image Worldview-2. En revanche les résultats issus des traitements des images SPOT5 sont médiocres (42 % de sous-détection pour les milieux non végétalisés ; 43 % de sous-détection pour les végétations artificielles).

## Niveau « Grands types de végétations »

<table><caption>Tableau 7 : Bilan des résultats obtenus par image, au niveau « Grands types de végétations » sur le site des dunes de la Sauzaie et des marais du Jaunay : les chiffres correspondent aux taux d'identification, les couleurs, aux pourcentages d'identification (Vert : 0-30 % ; Orange : 31-50 % ; Rouge : 51-100 %).</caption><thead><tr><th>Niveau « Grands types de végétations »</th><th colspan="2">SPOT5</th><th colspan="2">BDORTHO IRC</th><th colspan="2">WorldView-2</th></tr><tr><th>Kappa</th><th colspan="2">0,64</th><th colspan="2">0,77</th><th colspan="2">0,82</th></tr><tr><th></th><th>Sous-détection</th><th>Sur-détection</th><th>Sous-détection</th><th>Sur-détection</th><th>Sous-détection</th><th>Sur-détection</th></tr></thead><tbody><tr><th>Milieux non végétalisés</th><td>42</td><td>12</td><td>9</td><td>13</td><td>4</td><td>4</td></tr><tr><th>Cultures</th><td>67</td><td>61</td><td>24</td><td>36</td><td>24</td><td>6</td></tr><tr><th>Plantations</th><td>33</td><td>0</td><td>33</td><td>0</td><td>30</td><td>22</td></tr><tr><th>Parcs et jardins</th><td>0</td><td>17</td><td>10</td><td>10</td><td>33</td><td>20</td></tr><tr><th>Forêts</th><td>2</td><td>39</td><td>12</td><td>33</td><td>25</td><td>17</td></tr><tr><th>Fourrés arbustifs</th><td>96</td><td>50</td><td>64</td><td>31</td><td>40</td><td>35</td></tr><tr><th>Végétations aquatiques marines</th><td>50</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td><td>/</td><td>/</td></tr><tr><th>Végétations herbacées</th><td>7</td><td>22</td><td>13</td><td>9</td><td>4</td><td>15</td></tr><tr><th>Milieux aquatiques avec ou sans prairies et pelouses amphibies</th><td>11</td><td>0</td><td>11</td><td>11</td><td>0</td><td>10</td></tr></tbody></table>

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C'est avec l'image Worldview-2 et dans une moindre mesure avec la BDORTHO® IRC que les cultures sont les mieux identifiées. En revanche les résultats des traitements des images SPOT5 ne sont pas satisfaisants (67 % de sous-détection ; 61 % de sur-détection). Les cultures se confondent majoritairement avec les prairies. La période d'acquisition de l'image joue un rôle très important sur le taux d'identification de la végétation. C'est avec les images acquises en juillet que les cultures semblent les mieux identifiées.

32

Les résultats concernant les plantations sont similaires d'une classification à l'autre. Seules les petites plantations de moins de 0,5 hectares (non inventoriées par l'IFN) font baisser le taux d'identification, les autres étant correctement identifiées.

33

Les parcs et jardins sont bien identifiés à partir des images SPOT5 et de la BDORTHO® IRC (entre 0 et 17 % de sous et sur-détection). Ce taux est moins bon pour l'image Worldview-2 (33 % de sous-détection ; 20 % de sur-détection).

34

Les forêts sont très bien identifiées avec les trois images, mais sont cependant largement surreprésentées sur les classifications obtenues à partir des images SPOT5 et de la BDORTHO® IRC, au détriment des fourrés arbustifs.

35

Ce constat se confirme avec des taux de sous-détection de 96 et 64 % à partir des images SPOT5 et de la BDORTHO® IRC pour les fourrés arbustifs. Les résultats obtenus pour les forêts et les fourrés arbustifs à partir de l'image Worldview-2 sont meilleurs. Avec cette image, les forêts sont en effet sous-détectées à 25 % et sur-détectées à 17 % mais les fourrés sont bien mieux classés qu'avec les deux autres images (40 % néanmoins de sous-détection et 35 % de sur-détection).
36 Les fourrés nains n'étant pas présents sur tous les sites, ne sont comparés ici que les résultats issus des images SPOT5 et de la BDORTHO® IRC. Les résultats issus du traitement de ces deux images sont très bons (respectivement 21 et 15 % de sous-détection ; 3 et 21 % de sur-détection).

37 Les résultats obtenus pour les végétations aquatiques marines (herbiers marins algaux sur placages rocheux), n'ont été validés que sur le site des dunes de la Sauzaie et des marais du Jaunay à partir des images acquises à marée basse. Ces végétations sont très bien identifiées à partir de la BDORTHO® IRC (0 % de sous et sur-détection) et moyennement à partir des images SPOT5 (50 % de sous-détection ; 0 % de sur-détection). La reproductibilité des traitements réalisés pour identifier cette classe demanderait à être testée sur un autre site.

38 Les végétations herbacées, sont très bien identifiées (4 à 22 % de sous et sur-détection) quelle que soit l'image utilisée.

39 Le même constat est établi pour les milieux aquatiques avec ou sans prairies et pelouses amphibies (0 à 11 % de sous et sur-détection).

## Niveau « Types de formations végétales »

<table><caption>Tableau 8 : Bilan des résultats obtenus par image, au niveau « Grands types de végétations » sur le site des dunes de la Sauzaie et des marais du Jaunay : les chiffres correspondent aux taux d'identification, les couleurs, aux pourcentages d'identification (Vert : 0-30 % ; Orange : 31-50 % ; Rouge : 51-100 %).</caption><thead><tr><th rowspan="2">Niveau « Types de formations végétales »</th><th colspan="2">SPOT5</th><th colspan="2">BDORTHO IRC</th><th colspan="2">WorldView-2</th></tr><tr><th colspan="2">0,60</th><th colspan="2">0,71</th><th colspan="2">0,73</th></tr><tr><th>Kappa</th><th>Sous-détection</th><th>Sur-détection</th><th>Sous-détection</th><th>Sur-détection</th><th>Sous-détection</th><th>Sur-détection</th></tr></thead><tbody><tr><td>Milieux non végétalisés</td><td>42</td><td>12</td><td>9</td><td>13</td><td>4</td><td>4</td></tr><tr><td>Cultures</td><td>67</td><td>61</td><td>24</td><td>36</td><td>24</td><td>6</td></tr><tr><td>Plantations</td><td>33</td><td>0</td><td>33</td><td>0</td><td>30</td><td>22</td></tr><tr><td>Parcs et jardins</td><td>0</td><td>17</td><td>10</td><td>10</td><td>33</td><td>20</td></tr><tr><td>Forêts mésophiles (caducifoliées)</td><td>38</td><td>70</td><td>46</td><td>56</td><td>62</td><td>17</td></tr><tr><td>Forêts hygrophiles (caducifoliées)</td><td>33</td><td>75</td><td>33</td><td>40</td><td>33</td><td>50</td></tr><tr><td>Forêts de conifères</td><td>14</td><td>14</td><td>14</td><td>33</td><td>0</td><td>13</td></tr><tr><td>Forêts de sclérophylles</td><td>45</td><td>0</td><td>9</td><td>41</td><td>36</td><td>30</td></tr><tr><td>Fourrés mésophiles</td><td>95</td><td>50</td><td>75</td><td>29</td><td>35</td><td>28</td></tr><tr><td>Fourrés hygrophiles</td><td>100</td><td>100</td><td>80</td><td>83</td><td>60</td><td>60</td></tr><tr><td>Herbiers marins</td><td>50</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td><td>/</td><td>/</td></tr><tr><td>Prairies mésophiles</td><td>52</td><td>62</td><td>68</td><td>36</td><td>43</td><td>48</td></tr><tr><td>Prairies hygrophiles</td><td>0</td><td>38</td><td>0</td><td>28</td><td>39</td><td>30</td></tr><tr><td>Pelouses sur sable non fixé</td><td>6</td><td>0</td><td>12</td><td>7</td><td>6</td><td>0</td></tr><tr><td>Pelouses sur sable fixé</td><td>0</td><td>4</td><td>5</td><td>12</td><td>5</td><td>5</td></tr><tr><td>Roselières et cariçaies</td><td>100</td><td>100</td><td>100</td><td>100</td><td>65</td><td>94</td></tr><tr><td>Milieux aquatiques avec ou sans prairies et pelouses amphibies</td><td>11</td><td>0</td><td>11</td><td>11</td><td>0</td><td>10</td></tr></tbody></table>

40 La figure 8 permet de comparer les cartes des types de formations végétales obtenues à partir du traitement des trois types d'images. Pour information, la carte produite en 2009 par le bureau d'étude TBM à partir d'inventaires de terrain est ajoutée.
Figure 8 : Extrait au 1/10 000 des cartes issues du traitement des trois types d'images sur le site des dunes de la Sauzaie et marais du Jaunay au niveau « Types de formations végétales » (1 : BDORTHO IRC ; 2 : SPOT5 ; 3 : Worldview-2 ; 4 : Carte de terrain simplifiée élaborée en 2009).

<figure><img src="image_12.png" /></figure>

## Forêts

41 Quelle que soit l'image, les forêts caducifoliées mésophiles sont difficiles à séparer des forêts caducifoliées hygrophiles (38 à 62 % de sous-détection ; 17 à 70 % de sur-détection pour les premières et 33 % de sous-détection ; 40 à 75 % de sur-détection pour les secondes). Il serait opportun pour ces classes de rester au niveau supérieur « Forêts caducifoliées ».

42 Les forêts de conifères sont très bien classées à partir de l'image Worldview-2 avec un taux de sous-détection de 0 % et de sur-détection de 13 %. Les résultats sont bons avec l'image SPOT5 et la BDORTHO® IRC avec des taux de sous-détection de 14 % et de sur-détection de 14 et 33 %.

43 Les forêts de sclérophylles sont moyennement classées à partir des trois images. Avec les images SPOT5 et Worldview-2, elles sont sous-détectées (36 et 45 % de sous-détection) tandis qu'avec la BDORTHO® IRC elles sont sur-détectées (41 % de sur-détection).

## Fourrés

44 La classification des fourrés arbustifs en fonction de leur degré d'hygrométrie n'est pas concluante et ce quelle que soit l'image.

45 Les landes et garrigues ainsi que les tourbières à chaméphytes n'étant pas présentes sur le site des dunes de la Sauzaie et des marais du Jaunay, leur identification à partir de l'image Worldview-2 n'a pu être testée. Les résultats issus des traitements de la BDORTHO® IRC et
des images SPOT5 sont insatisfaisants. Les confusions entre ces deux classes étant très importantes, il serait opportun de se limiter au niveau supérieur « Fourrés nains sempervirens ».

Les fourrés crassulescents (à Obione en particulier) n'étant présents que sur le site du havre de Saint-Germain-sur-Ay, il est difficile de conclure sur ces résultats dont la reproductibilité n'a pu être vérifiée. Les résultats sont mitigés pour la BDORTHO® IRC (22 % de sous-détection ; 50 % de sur-détection), ces végétations se confondant principalement avec les prés salés. Les fourrés crassulescents n'ont pu être identifiés à partir des images SPOT5.

## Végétations herbacées

Au sein des végétations herbacées, les prairies mésophiles sont très mal identifiées quelle que soit l'image. Les résultats issus de l'image Worldview-2 sont légèrement meilleurs, mais ne sont cependant pas acceptables.

Les prairies hygrophiles semblent être bien identifiées à partir de la BDORTHO® IRC et des images SPOT5 (0 % de sous-détection), mais les taux de sur-détection respectivement de 28 % et 38 %, indiquent de nombreuses confusions avec d'autres végétations. Le même constat peut être fait à partir de l'image Worldview-2 dont les taux de sous et de sur-détection sont respectivement de 39 % et 30 %. On observe avec cette image de nombreuses confusions entre les prairies hygrophiles et les roselières et cariçaies (Figure 8) qui peuvent résulter de la grande diversité des modes de gestion des prairies humides, se traduisant au moment de la prise de vue par des biomasses variées selon les parcelles.

Les résultats concernant la classification automatique des pelouses sur sable fixé et sur sable non fixé sont très bons, quelle que soit l'image.

Les roselières et cariçaies ainsi que les franges et lisières, sont très mal délimitées quelle que soit l'image. Leur extraction par traitement automatique d'images selon la procédure mise en œuvre est donc impossible.

Les prés salés n'étant pas présents sur le site des dunes de la Sauzaie, leur identification à partir de l'image Worldview-2 n'a pu être testée. Les résultats obtenus à partir de la BDORTHO® IRC sont concluants (seulement 19 % de sous-détection). En revanche les résultats sont plus mitigés à partir de l'image SPOT5 (35 % de sur-détection) ; le taux élevé de sur-détection indiquant de nombreuses confusions avec d'autres végétations.

## Performances globales comparées des 3 types d'image

La comparaison des coefficients Kappa sur le site des dunes de la Sauzaie et des marais du Jaunay (seul site où toutes les images ont été testées), aux trois niveaux et pour les trois images, montre que c'est avec l'image Worldview-2 que les résultats sont les plus concluants, puis avec la BDORTHO® IRC et enfin avec les images SPOT5 (Tableau 9). La délimitation des objets est aussi plus précise à partir de l'image Worldview-2 et de la BDORTHO® IRC, ce qui s'explique par leur résolution spatiale centimétrique. D'après ces résultats, on peut donc estimer que tant le nombre de bandes spectrales que la résolution spatiale des images influencent la qualité du résultat, puisque quel que soit le niveau de validation, les meilleurs résultats sont obtenus à partir de l'image Worldview-2 qui possède un nombre de bandes spectrales supérieur aux deux autres images et une très bonne résolution spatiale (similaire à celle de la BDORTHO® IRC). On obtient cependant de
bons résultats avec la BDORTHO® IRC, grâce au canal dans le proche infrarouge et la très bonne résolution spatiale. Malgré ses 4 bandes spectrales, les résultats obtenus avec l'image SPOT5 ne sont pas satisfaisants aux 3 niveaux typologiques.

<table><caption>Tableau 9 : Coefficients Kappa aux trois niveaux et pour les trois images du site des dunes de la Sauzaie et des marais du Jaunay. Plus le coefficient Kappa se rapproche de 1 et meilleure est la classification. Les résultats sont jugés corrects lorsque le coefficient Kappa est supérieur à 0,80</caption><thead><tr><th></th><th>SPOT</th><th>BDORTHO IRC</th><th>Worldview-2</th></tr></thead><tbody><tr><td>Occupation du sol</td><td>0,63</td><td>0,81</td><td>0,88</td></tr><tr><td>Grands types de végétations</td><td>0,64</td><td>0,77</td><td>0,82</td></tr><tr><td>Types de formations végétales</td><td>0,60</td><td>0,71</td><td>0,73</td></tr></tbody></table>

## Discussion

53 Cette étude a permis de produire un protocole de traitement par type d'image (BDORTHO® IRC, SPOT5 et Worldview), reproductible, permettant d'identifier la végétation à 3 niveaux typologiques. De manière générale, les résultats issus du traitement des images Worldview-2 sont prometteurs (coefficient Kappa entre 0,73 et 0,88 suivant le niveau de validation) de même que ceux issus de la BDORTHO® IRC (coefficient Kappa entre 0,71 et 0,81 suivant le niveau de validation). Cette dernière a l'avantage d'être peu coûteuse par rapport à l'imagerie satellitaire mais présente de fortes contraintes en termes d'utilisation, le choix de la date d'acquisition, crucial en matière de végétation, n'étant pas permis. Les procédures de classification de l'image Worldview-2 demanderaient quant à elles à être testées sur un autre site plus vaste et présentant une plus grande diversité de végétation afin de vérifier leur reproductibilité.

54 Les résultats montrent que pour cartographier les végétations au 1/25 000, la résolution de l'image SPOT5 aux niveaux « Grands types de végétation » et « Types de formations végétales » n'est pas suffisante. Les objets à discriminer à ces niveaux sont trop petits pour être identifiés à partir de cette image. Ces résultats montrent aussi que pour une résolution spatiale similaire, plus le nombre de bandes spectrales est important, meilleurs sont les résultats puisque quel que soit le niveau de restitution ceux obtenus à partir de l'image Worldview-2 sont les plus satisfaisants (Feilhauer et al., 2013). Ils confirment également l'intérêt de combiner l'approche basée-pixel et l'approche orientée-objet pour utiliser au mieux les huit bandes spectrales de Worldview-2 et bénéficier ainsi des avantages de chacune des deux approches (Castillejo-Gonzales et al., 2009; Rapinel et al., 2014a).

55 L'ajout d'un canal dans le proche infra-rouge à la BDORTHO® RVB augmente considérablement les potentialités de cette image, comme le prouvent les résultats prometteurs de cette étude. Il est entré dans le calcul du NDVI qui a été utilisé comme critère pour discriminer plusieurs végétations entre elles.

56 L'approche orientée-objet se révèle particulièrement adaptée pour cartographier les végétations à l'échelle du 1/25 000 sur un vaste territoire (Lucas et al., 2011). En effet, à
cette échelle les objets à identifier sont complexes et présentent des signatures spectrales proches ou similaires (Johansen et al., 2008). L'insertion de données auxiliaires telles que la couche des zones à dominante humide, celle des sables dunaires et de la zone intertidale apporte une aide précieuse pour distinguer des grands types de milieux et permet d'élaborer des procédures de classification beaucoup plus robustes et reproductibles (Hofmann et al., 2011; Bradter et al., 2011). La prise en compte d'une image de texture au cours de la segmentation de la BDORTHO® IRC a amélioré significativement la distinction des contours des forêts ainsi que leur classification à partir de la BDORTHO® IRC et de l'image Worldview-2 (Ryherd et Woodcock, 1996; Ozdemir et Karnieli, 2011).

57 Les résultats obtenus s'expliquent aussi par la typologie qui a été employée qui permet l'articulation entre la télédétection, qui met en évidence la structure des végétations, et la cartographie de terrain fondée sur la composition floristique des habitats. Les cartes résultant de ce travail sont utiles aussi bien pour mettre en place des plans de prospection que pour mettre en évidence les secteurs à enjeux pour la biodiversité au niveau régional.

58 Si au niveau « Occupation du sol », les résultats des classifications des végétations naturelles et semi-naturelles sont concluants quelle que soit la végétation, à partir de l'image Worldview-2 et de la BDORTHO® IRC, il n'en est pas de même pour l'identification des « types de formations végétales ». En effet, à ce niveau, quelle que soit l'image, les résultats montrent trop de confusions entre les végétations pour que les procédures soient utilisées telles quelles. Seules les pelouses sur sable non fixé et les pelouses sur sable fixé sont bien identifiées de manière automatique. Pour la plupart des autres végétations, la méthode ne peut être considérée comme fiable que pour le niveau « Grands types de végétations ».

59 Cependant, plusieurs solutions existent pour améliorer les résultats (Figure 9). L'ajustement de certaines classes typologiques afin de les rendre davantage compatibles avec une démarche de traitement automatique d'images pourrait être envisagé. Le recours à des données vectorielles définies à une plus grande échelle est une autre voie à explorer. En effet, cette étude a montré que l'insertion de ce type de données dans le protocole d'analyse améliorait de façon significative la qualité des classifications de la végétation par l'apport d'information contextuelle (Lucas et al., 2007; Förster and Kleinschmit, 2008). Ainsi, au niveau « Type de formation végétale », la hiérarchisation d'une partie des végétations est fondée sur des critères écologiques, difficilement identifiables à partir des seules images, justifiant l'utilisation de données vectorielles comme l'humidité des sols ou la géologie. Ces données permettent aussi de distinguer des végétations qui possèdent des signatures spectrales similaires comme les différents types de prairies (Bock et al., 2005). Cependant, certaines d'entre elles, comme les plantations et les zones à dominante humide par exemple, sont trop imprécises du point de vue géométrique (1/100 000 à 1/50 000) par rapport à l'objectif de cartographie (1/25 000), ce qui conduit à de nombreuses confusions dans la distinction d'une part des plantations et d'autre part des végétations humides et non humides (forêts hygrophiles/forêts mésophiles; fourrés hygrophiles/fourrés mésophiles; landes/tourbières; prairies hygrophiles/prairies mésophiles). Disposer d'une donnée exploitable au 1/25 000 permettrait d'obtenir de bien meilleurs résultats au niveau « Types de formations végétales ».

60 Nous avons fait le choix d'un protocole méthodologique semi-automatisé mais l'amélioration des résultats obtenus passe également sans aucun doute par une phase de
photo-interprétation en post-traitement, qui permettrait de corriger un grand nombre de confusions comme l'ont montré plusieurs auteurs (Eisfelder et al., 2009 ; Schwarzer et al., 2009). Enfin, une autre piste à explorer concerne l'acquisition d'images multi-dates issues de plusieurs capteurs à très haute résolution spatiale. Les roselières et cariçaies par exemple ainsi que les fourrés crassulescents se différencient en effet beaucoup mieux sur des images acquises en hiver (Davranche et al., 2009 ; Poulin et al., 2010 ; Rapinel, 2012), ces végétations ne disparaissant pas à cette période contrairement aux végétations avec lesquelles elles se confondent. La distinction entre cultures/prairies temporaires et prairies permanentes est complexe car ces végétations présentent des similarités spectrales et de texture. Des images acquises sur sept années consécutives sont nécessaires pour les distinguer, les cultures et prairies étant considérées comme temporaires lorsqu'elles sont retournées au moins une fois sur cette période (Lecerf, 2008 ; Corgne et al., 2009). Plus généralement, Bradter et al., (2011) et Lucas et al., (2011) ont montré que la précision de la classification augmente quand les procédures de classification sont appliquées à une combinaison d'images prises à différentes saisons. Enfin, de nombreux auteurs ont mis en évidence l'intérêt d'utiliser des données altimétriques fines de type LiDAR pour distinguer les végétations arborées et arbustives d'une part (Rapinel, 2012 ; Simonson et al., 2013 ; Wilson, 2014) et les différents types de végétations des prés salés d'autre part (Collin et al., 2010 ; Klemas, 2013). Cependant, l'ensemble de ces préconisations ont un coût et exigent, dans certains cas des compétences techniques importantes qu'il est nécessaire d'estimer en amont de la mise en œuvre et en fonction des objectifs recherchés (Figure 9).

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 9 : Estimation du coût (acquisition de la donnée + temps de traitement) et des compétences techniques nécessaires à la mise en œuvre des différentes préconisations. Les chiffres correspondent aux préconisations citées ci-dessus.</figcaption></figure>

Conclusion

61

Les méthodes utilisées et notamment l'approche orientée-objet a montré un réel intérêt pour la caractérisation des grands types de végétation et pour la délimitation précise de plusieurs types de formations végétales à partir de l'image Worldview-2 et de la BDORTHO® IRC. Les procédures de classification produites à partir des trois images sont reproductibles ce qui permet leur mise en œuvre sur de vastes territoires. Les cartes produites au 1/25 000 présentent d'ores et déjà un intérêt certain pour mettre en évidence la continuité écologique entre des secteurs à enjeux pour la biodiversité. En
outre, les classifications permettent de délimiter des objets, qui, même si leur qualification n'est pas toujours exacte au niveau des types de formations végétales, représentent en soi une aide significative lors de l'étape de terrain. Quelques préconisations ont été avancées pour améliorer les résultats au niveau « Types de formations végétales » :

* Ajustement de certaines classes typologiques afin de les rendre compatibles avec une démarche de traitement automatique ;

* Photo-interprétation en post-traitement ;

* Utilisation d'informations thématiques compatibles d'un point de vue scalaire et temporel avec les objectifs de cartographie au 1/25 000 ;

* Acquisition d'images multi-dates et multi-saisons issues de plusieurs capteurs à très haute résolution spatiale ;

* Utilisation de données altimétriques fines de type LiDAR.

Les procédures de classification de la BDORTHO® IRC sont d'ores et déjà utilisées pour cartographier la commune d'Hanvec sur le territoire du parc naturel régional d'Armorique dans le Finistère. A l'horizon 2015, l'ensemble du parc sera cartographié avec cette méthode. 62

Ce travail a fait l'objet de plusieurs publications : 63

* L'ensemble de l'étude et les résultats sont présentés dans un rapport disponible en ligne (http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00826807).

* Les classifications sont visibles sur le portail de l'UMR LETG de la plateforme INDIGEO (http://letg.indigeo.fr/geocms/contexts).

* Les résultats issus de l'interprétation de l'image Worldview-2 ont fait l'objet d'une publication dans la revue « Journal of Environmental Management » (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479714002692).

* La classification emboîtée des végétations est en téléchargement sur le site du CBN de Brest : http://www.cbnbrest.fr/site/pdf/Cahier01_CBNB_Classification_bd.zip

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## NOTES

### 1. Convention d'étude CNRS-CBN de Brest

## RÉSUMÉS

L'objectif de cette étude est d'évaluer les potentialités qu'offre l'imagerie aérienne et satellitaire à haute et très haute résolution spatiale pour la cartographie des grands types de végétation des régions Bretagne, Basse-Normandie et Pays de la Loire à l'échelle du 1/25 000. Différents types d'images (BDORTHO® IRC, SPOT5, Worldview-2) ont été acquises sur quatre sites représentatifs de la diversité des végétations présentes sur ce territoire. Des procédures de classification ont été établies et leur reproductibilité à d'autres sites a été évaluée. La typologie des végétations utilisée est celle proposée par le Conservatoire Botanique National de Brest (CBN de Brest) qui articule, par une démarche « bottom-up », la typologie phytosociologique utilisée sur le terrain avec une typologie physionomique (structurale) compatible avec des données de télédétection. Une approche de classification orientée-objet a été privilégiée. Seules les classifications appliquées à l'image Worldview-2 combinent deux approches, orientée-objet et basée sur le pixel. Les performances globales des classifications ont été évaluées à trois niveaux typologiques correspondant à l'occupation du sol, aux grands types de végétations et aux types de formations végétales. Les résultats, des plus concluants au moins concluants, ont été obtenus par la
classification de l'image Worldview-2, puis la BDORTHO® IRC et enfin des images SPOT5. Les résultats ne sont pas satisfaisants pour certaines classes du niveau « Types de formations végétales » mais ils pourraient être améliorés par une étape de photo-interprétation en post-traitement, par l'utilisation d'images multi-dates de différents capteurs et d'informations vectorielles compatibles en termes de granularité et de thème.

The purpose of this study is to evaluate the potential of aerial and satellite imageries of high spatial resolution for large scale vegetation mapping on Brittany, Normandy and Pays de la Loire regions at 1/25 000. Different types of images (BDORTHO® IRC, SPOT5, Worldview-2) were acquired for four sites which represent vegetation diversity in the North-West of France. Classification processes were established and their reproducibility was assessed on another site. The classification used is the nested classification system of the National Botanical Conservatory of Brest (CBN), that schedules a phytosociological typology and a physiognomical typology. This nested classification system is compatible with remote sensing. An object-oriented classification was applied on images. It was combined with pixel-based classification when applied on the Worldview-2 image. Results were evaluated at three classification levels, corresponding to land cover, large vegetation types, and plant formation types. Best results, from more conclusive to less conclusive, were obtained with Worldview-2 image, then BDORTHO® IRC and then SPOT5 images. Some results are not satisfactory for some classes of plant formation type level, but they could be improved in adding photo-interpretation in post-processing, in using multi-date images from different sensors and in using GIS data.

# INDEX

**geographyun** 908, 926, 250

**Mots-clés** : végétation, cartographie, Worldview-2, ortho-image, image satellite Spot, orientée-objet, occupation du sol, Bretagne, Basse-Normandie, Pays de la Loire

**Keywords** : vegetation, mapping, Worldview-2, ortho-images, Spot satellite image, object-oriented, land cover, Brittany, Normandy, Pays de la Loire

# AUTEURS

## VANESSA SELLIN

Conservatoire Botanique National de Brest
Géomaticienne
v.sellin@cbnbrest.com

## SYLVIE MAGNANON

Conservatoire Botanique National de Brest, France
Directrice scientifique des actions régionales et interrégionales
s.magnanon@cbnbrest.com

## FRANÇOISE GOURMELON

LETG-Brest, Geomer, UMR 6554 CNRS, Université de Brest, Institut Universitaire Européen de la Mer, France, Technopôle Brest-Iroise 29280 Plouzané
Directrice de Recherche, CNRS
Francoise.Gourmelon@univ-brest.fr
## FRANÇOISE DEBAINE

LETG-Nantes, Geolittomer, UMR 6554 CNRS, Université de Nantes, France
Maître de conférences
françoise.debaine@univ-nantes.fr

## JEAN NABUCET

France, LETG-Rennes, Costel, UMR 6554 CNRS, Université de Rennes 2
Ingénieur, CNRS
jean.nabucet@univ-rennes2.fr