Utilisation de la télédétection par satellite pour la surveillance et l'évaluation de l'intégrité de l'écosystème et du changement climatique dans les parcs nationaux du Canada

R. Fraser, I. Olthof, D. Pouliot, W. Chen, S. Wang et A. Clouston, Ressources naturelles Canada, Centre canadien de télédétection
J. Poitevin, D. McLennan, P. Zorn et J. Quirouette, Parcs Canada, Direction générale des parcs nationaux,
J. Kerr et E. Young, Université d’Ottawa, département de biologie,
M. Sawada et Z. Relijic, Université d’Ottawa, département de géographie

Une mosaïque d’images Landsat couvrant la région du Parc de la Nahanni.

Figure 1: Six images de Landsat couvrant le GEP du Réserve de parc national du Canada Nahanni (gauche) ont été normalizés pour produire une mosaïque sans couture (droite) pour la classification de la couverture terrestre. Le contour jaune montre la frontière de GEP (gauche) et la frontière du parc (droite).

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Figure 1

Cette illustration montre une mosaïque d’images Landsat couvrant la région du Parc de la Nahanni. Pour générer cette mosaïque, les images ont d’abord été ajustées radiométriquement pour permettre d’en classifier la couverture des terres. On y indique les limites du parc ainsi que les limites du Grand ecosystème du parc.

Une petite tour et un appareillage servant à évaluer la productivité primaire nette

Figure 2: Des mesures de la variation interannuelle de la PPN annuelle dans le Parc national de Prince Albert ont révélé des plages de valeurs de 0,4 à 0,7 kg de carbone par m2.

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Figure 2

Cette photographie prise dans les Prairies montre une petite tour et un appareillage servant à évaluer la productivité primaire nette, qui se traduit par des valeurs de carbone par mètre carré. La photo a été prise dans le parc national de Prince Albert.

Les perturbations d’écosystèmes dans la région du parc national de Prince Albert, à partir de quatre images Landsat acquises entre 1985 et 2001.

Figure 3: La végétation du grand écosystème du parc national de Prince Albert a subi de graves perturbations qui ont entraîné la disparition d’écosystèmes à couvert fermé à l’échelle locale et l’extension des écosystèmes à couvert ouvert et des prairies.

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Figure 3

Cette figure illustre les perturbations d’écosystèmes dans la région du parc national de Prince Albert, à partir de quatre images Landsat acquises entre 1985 et 2001. L’analyse de la légende permet d’observer une diminution des écosystèmes à couvert fermé tel les sempervirents et les décidus, et une extension des écosystèmes à couvert ouvert tel les arbustaies décidues, les prairies, les brûlis et les terres dénudées.

Le modèle de distribution de la Crécelle d’Amérique dans la réserve de parc national Nahanni.

Figure 4: La modélisation de la répartition des espèces est effectuée à l’aide du DesktopGarp (algorithme génétique de production d’ensemble de règles) et de techniques d’entropie maximum basées sur des observations des espèces, de la couverture terrestre et de l’altitude. On présente ici les résultats pour la Crécerelle d’Amérique (Falco sparverius) dans la réserve de parc national Nahanni. Les étendues en vert représentent des aires vraisemblables de répartition de la Crécerelle.

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Figure 4

Cette illustration montre le modèle de distribution de la Crécelle d’Amérique dans la réserve de parc national Nahanni. Ce modèle intègre plusieurs variables environnementales, et combine cette information avec les caractéristiques biophysiques de la Crécelle. L’intersection des critères permet d’identifier les aires de distribution de la Crécelle. Le modèle montre que la Crécelle se retrouve principalement dans le sud du parc. Une échelle graphique indique que la région couvre environ 200 kilomètres par 300 kilomètres.

Introduction

Le réseau des parcs nationaux du Canada compte 42 parcs qui couvrent 3 % (296 253 km2) de la masse terrestre du pays et représentent toute la diversité de ses régions naturelles. Compte tenu de l’immensité et souvent, de l’isolement des régions protégées, l’Agence Parcs Canada (APC) considère l’utilisation de la technologie d’observation de la Terre (OT) comme une composante intégrale d’un programme national de surveillance de l’intégrité écologique (IE) des parcs et de production de rapports. Ressources naturelles Canada, l’APC et l’Université d’Ottawa ont collaboré à l’élaboration de méthodes normalisées fondées sur l’OT pour surveiller l’évolution des paysages et de l’écologie dans les parcs nationaux boisés du Canada et dans les régions avoisinantes. Ces travaux ont été réalisés avec l’appui de l’Agence spatiale canadienne dans le cadre du Programme d'initiatives gouvernementales en observation de la Terre (IGOT).

Les changements de la couverture terrestre et de l’utilisation du territoire sont souvent les principaux facteurs influant sur l’intégrité écologique (IE) des écosystèmes terrestres. Bien que les changements survenant dans les parcs nationaux soient généralement de moindre importance que ceux survenant dans les grands écosystèmes des parcs (GEP), les uns et les autres ont un effet marqué sur les espèces et les processus qui concourent au maintien de l’intégrité écologique. La couverture terrestre constitue un élément clé pour quantifier la fragmentation de l’habitat et est une variable importante pour la modélisation de la productivité des végétaux et de la biodiversité.

Les scientifiques de RNCan ont mis au point un protocole nommé AMUSE (Automated Multi-temporal Updating by Signature Extension ou mise à jour multitemporelle automatisée par extension de signatures) qui permet d’automatiser dans toute la mesure du possible la détection des changements de la couverture terrestre mais a toutefois toujours recours à des analystes experts et à un contrôle de la qualité. La procédure a été élaborée avec des données des capteurs TM et ETM+ du Landsat et comprend sept grandes étapes :

  1. Normalisation radiométrique de l’imagerie de base (maitresse) pour obtenir des images de 1 km
  2. Production d’une classification de base de la couverture terrestre
  3. Suppression des effets de la brume sèche et de la topographie
  4. Normalisation radiométrique d’images prises à d’autres dates avec la couverture de base
  5. Repérage des pixels modifiés à l’aide de l’analyse vectorielle du changement
  6. Mise à jour de la couverture terrestre par extension sous contrainte des signatures
  7. Validation de la couverture terrestre de base et des changements

Six parcs nationaux (Kejimkujik, La Mauricie, Îles du Saint-Laurent, Prince Albert, Nahanni et Pacific Rim), représentant une gamme de biorégions forestières du réseau des parcs nationaux, ont été utilisés comme sites pilotes pour élaborer et mettre à l’essai les méthodes de cartographie des changements et en faire la démonstration. Les séries chronologiques et les données sur la couverture terrestre ainsi obtenues peuvent servir de données d’entrée principales pour calculer à l’échelle du paysage divers indicateurs de l’IE liés à la fragmentation de l’habitat, à la succession et à la rétrogression, à la productivité primaire nette (PPN) et à la répartition d’espèces cibles. L’APC utilisera les méthodes élaborées dans le cadre de ce projet conjoint pour recueillir de l’information en vue de futurs rapports sur l’état des parcs, en commençant par celui du Parc national Pacific Rim en 2008.

Un projet conjoint de suivi, réunissant l’APC et le CCT, a été entrepris grâce à des fonds de l’Agence spatiale canadienne afin d’élaborer des méthodes de surveillance par satellite de l’IE des parcs de l’Arctique et de la région subarctique. Le projet ParkSPACE s’appliquera notamment à détecter et à quantifier les impacts du changement climatique sur la végétation, le pergélisol et les milieux humides.

Pour de plus amples renseignements, consultez :
R.H. Fraser, I. Olthof, and D. Pouliot, 2009. Monitoring land cover change and ecological integrity in Canada's national parks. Remote Sensing of Environment 113:1397-1409.