déroulement 36 mois / 2013-2016
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6 JUIN 2016
Coordinateur scientifique IAC (NC) www.iac.nc Dr Philippe BIRNBAUM
Partenaires
Déroulement 36 mois / 2013-2016
Financement CNRT 11 millions F CFP
6 JUIN 2016
Biodiversité et Restauration Ni & Environnement Naturel
Conservation de la Biodiversité & Optimisation des techniques de restauration des sites après exploitation
6 JUIN 2016
TABLE RONDE « DYNAMIQUE FORESTIÈRE ET MESURES DE PROTECTION » Que considérer comme forêt aujourd’hui ?
Vision « dynamique » (notion de forêt du passé, du présent et du futur) vs Vision « figée » sur les limites des massifs forestiers
Quelles implications pour les études d’impact (que considérer comme « forêt » ou « zone forestière » à préserver ?) et la restauration des sites (reconstitution de corridors forestiers)
Réflexions restant à mener sur la définition de « zone tampon raisonnée » autour des massifs forestiers ?
projet CoRiFOR Caractérisation des connectivités structurelle et fonctionnelle
des paysages fragmentés sur sols ultramafiques
Restitution finale, IRD - 6 juin 2016
Processus au cours du quel « une large étendue d’habitat est transformée en une multitude de fragments de plus petite taille, isolés les uns des autres par une matrice d’habitats différente de l’originale » (Wilcove et al. 1986)
Définition
Rappel théorique : la fragmentation
Forêt Centroide du fragment
Connectivité continent-iles ?
Connectivité iles-iles ?
• Forêts: Les explorations… démontrèrent l’existence de vastes forêts, faciles à exploiter, situées dans le voisinage de la grande baie…de Prony. Ces premières explorations permirent d’évaluer, à plus de 1000 hectares la surface des parties boisées facilement exploitables
• Maquis: Au milieu de ces espaces couverts d’une végétation touffue se montrent cependant çà et là des endroits complétement dénudés ou couverts seulement d’arbustes. Cette différence ne parait pouvoir être attribuée qu’à l’absence d’eau, due à la perméabilité du sol ferrugineux en ces endroits
• Latérites: Sur le plateau ferrugineux …, la végétation est presque partout nulle ou ne se compose que de fougère et d’arbrisseaux rabougris et clair-semés
Histoire
Fragmentation
Sources: Sebert, 1874; Heckel, 1892; Valette, 2006; Utard, S. 2015
La fragmentation est naturelle dictée par la nature du sol …La forêt domine…
En 1867, La forêt domine un paysage fragmenté
Début du XXème siècle • Plans de Heckel (1892) • Cartes de Martin (1884 & 1885) • Cartes de Ratzel (1897) • Cartes de Fulbert (1905, 1906) • Cartes de Grob (1908) Milieu du XXème siècle • Photo-aériennes, US-Army (1943) • Photo-aériennes, IGN (1954) Début du XXIème siècle • Carte IRD, « Grand Sud » (2003) • Photo-aériennes (DITTT, 2009) • Images satellites Pléiades (2012) Points Herbier de l’IRD (NOU) • 1970 - 2013
L’histoire en images
Fragmentation
Sources: Utard, S. (2015), DITTT, IGN, Service topographique, Herbier « NOU »
Les Forêts entourent « le plateau de fer »
des Fragments reliques Grand Kaori
≈ 0,6km² Forêt Nord
≈ 1,8 km² Kwé-Binyi
1,2 km²
Trois blocs majeurs Prony
≈ 18,5 km² Port-Boisé
≈ 14,8 km² Kwé-Binyi
≈ 9 km²
• Du début du XXème siècle au début du XXIème siècle (≈ 100 ans) Transformation du paysage
Fragmentation
Sources: Sebert (1874), Heckel (1892), Martin (1884 & 1885), Ratzel (1897), Fulbert (1905 & 1906), Grob (1908), Utard (2015)
Prony
Port-Boisé
Kwé-Binyi
Grand Kaori
Forêt Nord
Fragmentation inégale Prony
≈ état actuel Port-Boisé
≈ partie Nord Kwé-Binyi
≈ intact
Trois blocs majeurs Prony
≈ 18,5 km² Port-Boisé
≈ 14,8 km² Kwé-Binyi
≈ 9 km²
• Du début du XXème siècle à la mi-XXème siècle (≈ 50 ans) Évolution de la fragmentation
Fragmentation
Sources: US-Army (1943), IGN (1954), Utard, S. 2015
≈ 100 %
≈ 0 %
≈ 50 %
La fragmentation est naturelle + anthropique
Le projet Corifor « CORridors entre Ilots FORestiers »
Caractérisation des connectivités structurelle et fonctionnelle des paysages fragmentés sur sols ultramafiques
Une question de relations ?
Échelle du paysage Modèle « Grand Sud » N espèces et 1 habitat
Échelle d’une population Modèle Agathis ovata 1 espèce et 5 Habitats
Mt Dzumac Goro
T3. Connectivité biologique (Expériences et Base de données) Quantifier la capacité de dispersion et la tolérance à la dessication
H0: Les fragments de forêt ne sont contraints que par les conditions locales Pas d’effet de la fragmentation
H1 : La connectivité entre fragments influence la composition biologique et floristique Effets de la fragmentation
T2. Connectivité écologique (Inventaires floristiques) Mesurer la dissimilarité floristique
T1. Connectivité structurelle (télédétection et photo-interprétation) Définir la fragmentation du paysage
Objectif1: Comprendre les effets de la fragmentation sur la composition de la végétation
T3. Connectivité biologique (Expériences et Base de données) Quantifier la capacité de dispersion et la tolérance à la dessication
Le projet Corifor Fragments forestiers
H0: Le polymorphisme de la population est élevé Pas d’effet de la fragmentation
H1 : Les individus sont issus de parents qui appartiennent exclusivement à la même population (consanguinité) Effets de la fragmentation
T4. Connectivité génétique (Génétique des populations) Mesurer les échanges intra-population (Agathis ovata)
Objectif2: Comprendre les effets de la fragmentation sur les flux de gènes
Le projet Corifor Maquis/forêts
H0: Tous les fragments d’habitats jouent le même rôle dans le maintien des peuplements et des populations Conservation indépendante des liens entre les ensembles de végétation
H1 : Certains fragments jouent un rôle privilégié dans le maintien de la connectivité entre les habitats Les stratégies de conservation doivent inclure la connectivité
Objectif appliqué: Impact de la fragmentation sur les stratégies de conservation
Le projet Corifor Conservation
T5. Caractérisation des connectivités structurelles et fonctionnelles Identification des corridors écologiques à maintenir ou à mettre en place
CoRiFOR Caractérisation des connectivités structurelle et fonctionnelle
des paysages fragmentés sur sols ultramafiques
Tâche 1 : Caractérisation des unités forestières par télédétection
Objectifs
⇒Déterminer la connectivité structurelle des unités forestières
• Cartographier les unités forestières • Définir les caractéristiques géométriques des
unités forestières (surface…) • Définir les connexions spatiales qui lient les
unités forestières (tâche 5).
12
Cartographie des unités forestières : principes ⇒ Dépend de la définition du terme « forêt »
• Pas de définition universelle • Souvent reliée aux espèces présentes dans la formation
⇒ Cartographie par télédétection
• Type de capteur : radar, lidar, optique • Résolution : décamétrique, submétrique • Optique : détection se basant uniquement sur les structures
et des valeurs radiométriques • Approches
• pixel (valeurs radiométriques) • Détection de houppiers utilisés comme proxy pour segmenter la forêt • Textures
13
Cartographie des unités forestières : méthode
⇒ Matériel et méthode • Apprentissage statistique des délimitations + homogénéité fournies
par expertise • Type de capteur : optique <1m • Approches Gomez et al (2010) • Indice de performance : AUC -- 10-fold cross validation
⇒ Etapes 1. Détection des houppiers (arbre/arbustes versus végétation rase ou
sol nu) 2. Caractérisation de la structure de la canopée (Hétérogénéité,
Homogénéité) 3. Classification des zones de forêt en fonction des caractéristiques
structurelles + valeurs radiométriques
14
3 classes : - les zones forestières strictes, - les zones présentant des
houppiers mais non forestiers, - les zones non arborées (non-
houppiers).
Cartographie des unités forestières : résultats
15
Image Pléiades 2012 (Orthorectifiée ; 0,5 m ; 4 Canaux ; 25 622 lignes par 27 802 colonnes, 6 GOctets)
CO C1
C2 C3
16
Rouge PIR
Détection des houppiers
Masque
BI NDVI
Indices de textures GLCM
Zones hétérogènes / homogènes
NDVI RI
GEMI
MNDWI
Détection des zones de FORET
Images Pléiades Indices de végétation
Bande spectrale brute Résultat modèle
Réseau de Neurones
Arbre de décision (C4.5)
Réseau de Neurones
Modèle utilisé
Le modèle de détection des houppiers est réalisé à partir d'un réseau de neurones (10 neurones, back-propagation). Il se base uniquement sur les bandes Rouge et Proche Infra-rouge de l'image satellitaire (maximum de contraste au niveau de la végétation). Cette étape permet de générer un masque Houppiers/non-Houppiers.
Les calculs d'indicateurs de structure de la canopée (homogénéité, hétérogénéité) sont réalisés à partir de l'algorithme de classification supervisée par un arbre de décision (type C4.5).
La densité des houppiers (classification des zones hétérogènes vs zones homogènes en termes de grain de la canopée) est obtenue par un modèle comprenant un ensemble de variables prédictives basées sur trois indices de végétation (NDVI, BI et MNDWI) et les 8 textures d’Haralick (contraste, corrélation, homogénéité, entropie, moyenne, variance, moment second et dissimilarité).
Stru
ctur
e du
mod
èle
17
Base d’apprentissage
Vectorisation à la main
Extr
actio
n 1
(555
X 3
65)
Taux = 0.71
Extr
actio
n 2
(551
X 3
90)
Taux = 0.79
Résultat modèle
Détection des houppiers
18
Résultats du modèle
Extr
actio
n 3
(280
X 6
81)
Taux = 0.86
Vectorisation à la main
Base d’apprentissage
Détection des houppiers
19
Hétérogène
Homogène
Extr
actio
n 1
Taux = 0.94
Vectorisation zones homogènes/hétérogènes
Résultat modèle
Extr
actio
n 2
Taux = 0.94
Vectorisation zones homogènes/hétérogènes
Résultat modèle
Base d’apprentissage
Détection Forêts homogènes vs Hétérogènes
20
Base d’apprentissage
Extraction C1_ext1 (5500 X 4501)
Extraction C1_ext2 (6015 X 4812)
Couche vecteur forêt (AMAP)
Détection Forêts
21
Résultats C1_ext1
Taux = 0.83
Houppiers forêts (vert) Forêts non houppiers (blanc) Non forêt (noir)
22
Taux = 0.73
Résultats C1_ext2
Houppiers forêts (vert) Forêts non houppiers (blanc) Non forêt (noir)
23
Résultats quart C1
Couche vecteur forêt (AMAP)
24
Houppiers forêts (vert) Forêts non houppiers (blanc) Non forêts (noir)
Couche vecteur forêt (AMAP)
Résultats quart C1
25
Vectorisation des patchs forestiers
26
CoRiFOR Caractérisation des connectivités structurelle et fonctionnelle
des paysages fragmentés sur sols ultramafiques
Tâche 2 : Connectivité écologique
Processus au cours duquel « une large étendue d’habitat est transformée en une multitude de fragments de plus petite taille, isolés les uns des autres par une matrice d’habitats différente de l’originale » (Wilcove et al. 1986)
Définition
Rappel théorique : la fragmentation
Fin XIXème siècle habitat forestier quasi continu (Utard 2015)
Effets de la fragmentation ?
Perte d‘habitat Effet direct Nombre d’espèce lié à la surface d’habitat Perte d’espaces = perte d’espèces Processus rapide d’extinction à l’échelle du paysage
Fragmentation per se
Diminution de la taille des fragments d’habitat Exposition aux effets de bords Isolement des fragments (perte de connectivité)
Effet indirect Processus plus lent de dérive des communautés
Emprise Corifor
Forêts début XX ème
Forêts début XXI ème
Effets de la fragmentation ?
Perte d‘habitat Effet direct Nombre d’espèce lié à la surface d’habitat Processus rapide d’extinction à l’échelle du paysage
Fragmentation per se i.e. Indépendamment ou en plus de l’effet de la perte d’habitat Processus plus lent de dérive des communautés
Emprise Corifor
Forêts début XX ème
Forêts début XXI ème Dans quelle mesure la fragmentation actuelle agit sur la composition et la structure des communautés forestières? Diminution de la taille des fragments d’habitat Exposition aux effets de bords Isolement des fragments (perte de connectivité)
Zone d’étude en quelques chiffres
a) Distance euil = 100
m Lac en 8
Mine de Goro VALE
60 km2
3.3 km2 de forêt (~5.5 %) 95 fragments 52 fragments échantillonnés (0.1 à 54.6 ha)
93 points d’inventaires 3600 arbres 200 espèces
Méthodes
(a) Distance seuil = 100 m
Lac en 8
Mine de Goro VALE
60 km2
3.3 km2 de forêt (~5.5 %) 95 fragments 52 fragments échantillonnés (0.1 à 54.6 ha)
93 points d’inventaires 3600 arbres 200 espèces
Méthodes
SIG Géométrie des fragments Aire Périmètre Rapport Périmètres / Aire Indice de forme Distance à la bordure forestière Isolement / connectivité Distance au plus proche voisin Indice de proximité
Inventaires Composition spécifique Composition fonctionnelle Richesse
?
R = 10 m
Résultats
Groupe 2 - Gymnostoma deplancheanum - Codia spatulata - Arillastrum gummiferum
Groupe 1 - Plerandra gordonii - Gastrolepis austrocaledonicum - Deplanchea speciosa
Résultats
Non-significatifs Isolement/Connectivité
Significatifs Indice PARA (rapport périmètre / aire)
Distance à la bordure (Edge-D)
Résultats
Significatifs Indice PARA (rapport périmètre / aire)
Distance à la bordure (Edge-D)
Non-significatifs Isolement/Connectivité
Résultats
Groupe 1 Groupe 2
Synthèse des résultats
GROUPE 2 Fragments petits ou très découpés Richesse plus faible Anémochorie Plaine (lisière)
GROUPE 1 Fragments gros ou peu découpés Richesse plus forte Zoochorie Colline
• 2 groupes basés sur la composition floristique • Formation des groupes fortement corrélée à la géométrie des fragments • Gradient de richesse richesse forte liée à l’abondance d’espèces zoochores • Distribution des patchs liée à la morphologie du site o l’isolement/connectivité ne participe pas à la dérive floristique et biologique?
CoRiFOR Caractérisation des connectivités structurelle et fonctionnelle
des paysages fragmentés sur sols ultramafiques
Tâche 4 : Connectivité fonctionnelle et mesure de flux de gènes
Mont Dzumac
Sol ultramafique (RUM) Sol volcano-sédimentaire (SVS)
N
Site sud
En s’intéressant à la dynamique de l’ouverture plutôt à ce qui se passe au sein des lambeaux forestiers persistants, il était ambitionné de pouvoir prédire les temps de la cicatrisation des espaces dégradés et mieux comprendre les processus qui y conduisent.
Objectif Connectivité fonctionnelle et mesure de flux de gènes
Approche démo-génétique
Processus démographiques et génétique des populations
L’histoire démographique influe sur la génétique
Kouaoua (mine de Kiel) A. ovata
Dzumac A ovata, A. lanceolata
Cote Kwé A. ovata
Pic du grand Kaori A. ovata, A. lanceolata, A. moorei
Sol ultramafique (RUM)
Sol volcano-sédimentaire (SVS)
N
Montagne des Sources A. ovata
Chute de la Madeleine A. ovata
Col de Yaté A. ovata
Thio (Camp des sapins) A. ovata
Mont Panier A. montana
Goro (base vie) A. lanceolata
Déversoir sud A. lanceolata
Goro A. ovata
Nengoné, Le Trou A. lanceolata
Récoltes Prospections et échantillonnages
3 693 A. ovata de la parcelle d’étude du Mont Dzumac 120 A. ovata hors parcelle 45 A. montana 64 A lanceolata 2 A. moorei
A B
La parcelle d’étude du Mont Dzumac Site d’étude
A : relevés & échantillonnage > 2m et/ou 5 cm de diamètre B : relevés jusqu’aux juvéniles et échantillonnage à 40%
0
100
200
300
400
500
600
700
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61[
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63[
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67[
[68-
69[
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73[
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-102
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-106
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-110
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[113
-114
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[117
-119
[
Nom
bre
d'in
divi
dus
Classe de diamètre en cm
0
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100
150
200
250
300
350
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0-60
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00-2
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[450
-460
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00-5
10[
[550
-560
[[6
00-6
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[650
-660
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00-7
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[750
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00-8
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-860
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[950
-960
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000-
1010
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050-
1060
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100-
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150-
1160
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200-
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[[1
800-
1810
[
Nom
bre
d'in
divi
dus
Classe de taille en cm
individus cassés individus non cassés
Histogrammes des classes de croissance (hauteur, diamètre)
Distribution des effectifs
Histogrammes des classes de croissance (hauteur, diamètre)
Chronologie et événements
0
100
200
300
400
500
600
700
800
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95[
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97[
[98-
99[
[101
-102
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-106
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[109
-110
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[113
-114
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[117
-119
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Nom
bre
d'in
divi
dus
Classe de diamètre en cm
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150
200
250
300
350
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[350
-360
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[450
-460
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10[
[550
-560
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10[
[650
-660
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10[
[750
-760
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-860
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10[
[950
-960
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[[1
750-
1760
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1810
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Nom
bre
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divi
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1 000
1 200
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1 600
1 800
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Taill
e (c
m)
Diamètre au collet (cm)
Maquis strict
MaquisMelaleuca
Maquis HautesFougères
paraforestier
0
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400
600
800
1 000
1 200
1 400
1 600
1 800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Taill
e (c
m)
Diamètre au collet (cm)
Maquis
Maquis -Indv cassé
Forêt
Relations hauteur x diamètre Croissance et milieu
0
200
400
600
800
1 000
1 200
1 400
1 600
1 800
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 120,0
Taill
e (c
m)
Diamètre au collet (cm)
Maquis strict
MaquisMelaleuca
Maquis HautesFougères
paraforestier
Relations hauteur-diamètre en maquis Diversité et structure
0
200
400
600
800
1 000
1 200
1 400
1 600
1 800
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 120,0
Taill
e (c
m)
Diamètre au collet (cm)
Maquis strict
MaquisMelaleuca
Maquis HautesFougères
paraforestier
Relations hauteur-diamètre en maquis Diversité et structure
Diversité : 97,17% dans les sous-populations 2,83% entre les sous-populations
Fst significatifs 2‰ Maquis « fougère » « Melaleuca » Paraforestier
Maquis 0
« fougère » 0,02317 0
« Melaleuca » 0,02946 0,01537 0
Para-forestier 0,01720 0,04395 0,04658 0
0
200
400
600
800
1 000
1 200
1 400
1 600
1 800
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 120,0
Taill
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Diamètre au collet (cm)
Maquis strict
MaquisMelaleuca
Maquis HautesFougères
paraforestier
Relations hauteur-diamètre en maquis Diversité et structure
Fst significatifs 2‰ Maquis « fougère » « Melaleuca » Paraforestier
Maquis 0
« fougère » 0,02317 0
« Melaleuca » 0,02946 0,01537 0
Para-forestier 0,01720 0,04395 0,04658 0
Diversité : 97,17% dans les sous-populations 2,83% entre les sous-populations
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 20 40 60 80 100 120
Haut
eur (
cm)
Diamètres (cm)
collet
DBH
> 1 500 ans
700 à 780 ans
230 à 310 ans
115 à 135 ans
50 à 60 ans
Corrélations hauteur x diamètres et correspondance âge Une histoire qui dure !
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 20 40 60 80 100 120
Haut
eur (
cm)
Diamètres (cm)
collet
DBH
> 1 500 ans
700 à 780 ans
230 à 310 ans
115 à 135 ans
50 à 60 ans
Quels diamètres ? Une histoire qui dure !
(Lieubeau et al., 2007)
Distribution des allèles dans le temps (5 locus/88 allèles)
Connectivité fonctionnelle et flux de gènes Ef
fect
ifs
tota
l des
gé
noty
pés
/ cl
asse
1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 3 2 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 2 2 0 2 0 2 0 0 0 1 2 0 0 0 2 1 1 1 5 2 2 7 3 4 2 6 5 3 6 1 2 2 3 3 2 2 3 4 4 2 4 6 2 6 2 5 4 2 6 9 6 4 8 7 16 11 8 12 6 15 8 23 24 14 26 23 16 38 38 42 57 71 9 7 10 7 14 18 37 81 235
131
Effe
ctifs
tou
t m
ilieu
/ cl
asse
(h
ors
HP
juvé
nile
s)
1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 3 2 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1 2 2 1 1 1 5 2 2 7 3 4 2 6 5 3 6 1 2 2 3 3 2 2 3 4 4 2 4 6 2 6 2 5 4 2 6 9 6 4 8 7 16 11 8 12 6 15 8 23 24 14 26 23 16 38 38 42 57 71 8 6 7 2
Effe
ctifs
/
clas
se (H
P ju
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les)
1 1 3 5 14 18 37 81 235
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ctifs
cu
mul
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llèle
s to
us lo
cus
conf
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s
10 10 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 21 27 29 29 30 30 30 30 31 32 32 34 37 40 43 43 43 43 43 43 43 43 44 44 46 47 47 47 47 47 47 48 48 48 49 49 49 49 49 49 49 50 51 54 55 57 58 58 58 58 58 59 59 61 66 66 66 66 67 67 67 68 68 68 68 68 68 68 68 68 68 68 69 69 69 69 69 69 69 69 72 72 72 72 72 72 79 79 81 83 83 84 85 85 85 85 85 85 85 86 86 86 86 88 88 88
effe
ctifs
al
lèle
s /
clas
se
10 5 6 6 2 1 1 1 2 3 3 3 1 2 1 1 1 1 1 3 1 2 1 1 2 5 1 1 1 3 7 2 2 1 1 1 2
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s 17
4
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121
117
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101
123
97 115
103
12
1
113
101
99 125
125
111
*105
*
111
115
95
113,
117
119
*127
*
*129
*
*131
*
Locu
s 15
6
121
147
131
135
139
133
137
145
133
135
141
159
125
145
137
131
*123
*, 1
47 1
39
143
*127
* 1
21
125
Locu
s 14
6
126
141
132
129
135
144
123
126
14
4
135
132
14
7
129
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*12
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141
147
Locu
s 18
10
132
134
108
110
128
124
126
112
130
146
152
150
*144
*
108
13
2
136
15
4
126
128
156
122
*118
*, 1
30
*158
*
134
152
110
154
138
*16
2*12
4
*120
*
*168
*, 1
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s 16
7
193
195
179
185
177
215
205
181
197
213
169
199
207
179
209
187
171
191
217
219,
177
197
203
185
195
193
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203
205
181
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Clas
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origine maquis relevés maquis *…* : allèle présente qu'une foisorigine forêt relevés forêt en DBH, à changer pour collet
Maq
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Effe
ctifs
Classe de diamètre (cm)Effectifs total des génotypés / classe effectifs cumulés allèles tous locus confondus
propre à HP
Connectivité spatiale entre populations
Effe
ctifs
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131
Effe
ctifs
tou
t m
ilieu
/ cl
asse
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HP
juvé
nile
s)
1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 3 2 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1 2 2 1 1 1 5 2 2 7 3 4 2 6 5 3 6 1 2 2 3 3 2 2 3 4 4 2 4 6 2 6 2 5 4 2 6 9 6 4 8 7 16 11 8 12 6 15 8 23 24 14 26 23 16 38 38 42 57 71 8 6 7 2
Effe
ctifs
/
clas
se (H
P ju
véni
les)
1 1 3 5 14 18 37 81 235
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ctifs
cu
mul
és a
llèle
s to
us lo
cus
conf
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s
10 10 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 21 27 29 29 30 30 30 30 31 32 32 34 37 40 43 43 43 43 43 43 43 43 44 44 46 47 47 47 47 47 47 48 48 48 49 49 49 49 49 49 49 50 51 54 55 57 58 58 58 58 58 59 59 61 66 66 66 66 67 67 67 68 68 68 68 68 68 68 68 68 68 68 69 69 69 69 69 69 69 69 72 72 72 72 72 72 79 79 81 83 83 84 85 85 85 85 85 85 85 86 86 86 86 88 88 88
effe
ctifs
al
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99 125
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*
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*
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131
135
139
133
137
145
133
135
141
159
125
145
137
131
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*, 1
47
143
*127
* 1
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Locu
s 14
6
126
141
132
129
135
144
123
126
14
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135
132
14
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*138
*12
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s 18
10
132
134
108
110
128
124
126
112
130
146
152
150
*144
*
108
13
2
136
15
4
126
128
156
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*158
*
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110
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187
171
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217
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origine maquis relevés maquis *…* : allèle présente qu'une foisorigine forêt relevés forêt en DBH, à changer pour collet
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Effe
ctifs
Classe de diamètre (cm)Effectifs total des génotypés / classe effectifs cumulés allèles tous locus confondus
propre à HP
Connectivité fonctionnelle et flux de gènes
1 2 2 3 3 2 2 3 4 4 2 4 6 2 6 2 5 4 2 6 9 6 4 8 7 16 11 8 12 6 15 8 23 24 14 26 23 16 38 38 42 57 71 9 7 10 7 14 18 37 81 235
1 2 2 3 3 2 2 3 4 4 2 4 6 2 6 2 5 4 2 6 9 6 4 8 7 16 11 8 12 6 15 8 23 24 14 26 23 16 38 38 42 57 71 8 6 7 2
1 1 3 5 14 18 37 81 235
2 7 7 7 7 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10 13 13 13 13 13 13 20 20 22 24 24 25 26 26 26 26 26 26 26 27 27 27 27 29 29
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134
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Confirmés par recherche de parenté (sur 33 individus de forêt 3 sans lien de parenté)
!
Antériorité maquis (parenté) !
Paternité & parenté Connectivité fonctionnelle et mesure de flux de gènes
Kouaoua
Dzumac
Cote Kwé
Pic du grand Kaori
Sol ultramafique (RUM) Sol volcano-sédimentaire (SVS)
N
Montagne des Sources
14% « orphelins » 6 géniteurs extérieurs
(dont 1 à 64 km)
Connectivité spatiale entre populations
Cycles de successions végétale _ différents habitats…. Connectivité fonctionnelle
Connectivité temporelle forêt-maquis-forêt…
CoRiFOR Caractérisation des connectivités structurelle et fonctionnelle
des paysages fragmentés sur sols ultramafiques
Tâche 5 : Identification des corridors écologiques
Objectifs
Evaluer le degré de connectivité Identifier des corridors écologiques Prioriser les mesures de conservation / restauration
Définitions
« Landscape connectivity is the degree to which the landscape facilitates or impedes movements among patches »
Connectivity is a vital element of landscape structure Taylor et al. (1993) OIKOS
Degré de connectivité ?
Définitions
Du mouvement chez les plantes ? Dispersion du pollen (fécondation) et des diaspores (dissémination) Flux de gènes nécessaire au maintient des populations (consanguinité)
Définitions
Du mouvement chez les plantes ? Dispersion du pollen (fécondation) et des diaspores (dissémination) Flux de gènes nécessaire au maintient des populations (consanguinité)
Définitions
Corridors écologiques ? Structures permettant de faciliter le mouvement (d’améliorer la connectivité) entre les fragments d’habitats (patchs) 3 Grands Types
Patch
Définitions
Corridors écologiques ? Structures permettant de faciliter le mouvement (d’améliorer la connectivité) entre les fragments d’habitats (patchs) 3 Grands Types
Continuité d’habitat
Définitions
Corridors écologiques ? Structures permettant de faciliter le mouvement (d’améliorer la connectivité) entre les fragments d’habitats (patchs) 3 Grands Types
Patchs d’habitat tremplins (« stepping stones »)
Définitions
Corridors écologiques ? Structures permettant de faciliter le mouvement (d’améliorer la connectivité) entre les fragments d’habitats (patchs) 3 Grands Types
Matrice favorable
Méthodes
A B
C D
E
F H I
Forêt
Centroide du fragment
Distance bord à bord les plus proches entre
A et B
G
Centroide du fragment H
A B
C D
E
F H I
Forêt
Centroide du fragment
G
Distance seuil = 100 m
Méthodes
Distance bord à bord les plus proches entre
A et B
Centroide du fragment H
A B
C D
E
F H I
Forêt
Centroide du fragment
G
Méthodes
Distance seuil = 250 m
Distance bord à bord les plus proches entre
A et B
Centroide du fragment H
Méthodes
Distance seuil = 250 m
Distance bord à bord les plus proches entre
A et B
Mesurer le degré de connectivité du paysage Nombre de groupes de fragments directement ou indirectement interconnectés Nombre de connexions (ou de liens)
100 m 250 m
2 Groupes 7 connections
1 Groupe 10 connections
Le degré de connectivité augmente avec la distance seuil
Méthodes
« quantifier l’importance des fragments forestiers pour le maintient et l’amélioration de la connectivité à l’échelle du paysage »
Méthodes
Fichier vectoriel de l’habitat QGIS
Distances bords à bords
Centroïdes et attributs
(Aire)
Distance seuil (≈ Capacité de
dispersion) Entrées
Méthodes
Fichier vectoriel de l’habitat QGIS
Distances bords à bords
Centroïdes et attributs
(Aire)
Entrées
Matrice uniforme! Distance seuil
(≈ Capacité de dispersion)
Méthodes
Fragments
Paysage
Sorties
Nombre de groupes Nombre de liens
Nombre de liens Importance relative
(…)
Liens Importance relative
Méthodes
Fragments
Paysage
Sorties
Nombre de groupes Nombre de liens
Nombre de liens Importance relative
(…)
Liens Importance relative
Méthode
Importance relative des fragments pour la connectivités à l’échelles du paysage ?
Hortal et Saura (2006), Lanscape Ecology
Fragments supprimés
Dans tous ces exemples perdre B et pire que perdre A
Nombre de connections Nombre de groupes Aires des groupes connectés
Seuil distance = 50 m Seuil distance = 100 m Seuil distance = 200 m
Seuil distance = 500 m Seuil distance = 1000 m Connexion
- + Importance des fragments
forestiers pour la connectivité (BC_IIC)
Résultats
Seuils de distance et variation de l’importance des fragments
Seuil distance = 50 m Seuil distance = 100 m Seuil distance = 200 m
Seuil distance = 500 m Seuil distance = 1000 m Connexion
- + Importance des fragments
forestiers pour la connectivité (BC_IIC)
Résultats
Seuils de distance et variation de l’importance des fragments
Seuil distance = 500 m Seuil distance = 1000 m
Résultats
Seuils de distance et variation de l’importance des fragments
Pour un seuil de 500 m, 18 groupes dont 4 groupes importants qui s’interconnectent lorsque l’on augmente le seuil à 1000 m
Seuil distance = 500 m Seuil distance = 1000 m
Résultats
Seuils de distance et variation de l’importance des fragments
Pour un seuil de 500 m, 18 groupes dont 4 groupes importants qui s’interconnectent lorsque l’on augmente le seuil à 1000 m
Seuil distance = 1000 m
Résultats
Seuils de distance et variation de l’importance des fragments
Pour un seuil de 500 m, 18 groupes dont 4 groupes importants qui s’interconnectent lorsque l’on augmente le seuil à 1000 m
Seuil distance = 500 m
Discussion
Importance de la matrice ?
Discussion
Importance de la matrice ?
Sortir d’une vision binaire et prendre en
compte la matrice
Discussion
500 m 1000 m
Importance de la matrice ?
Les maquis para- ou pré- forestier pourraient constituer des corridors écologiques entre les fragments forestier
projet CoRiFOR Caractérisation des connectivités structurelle et fonctionnelle
des paysages fragmentés sur sols ultramafiques
Conclusions et recommandations
100 ans de perturbations Naturelles (feux, cyclones, changements climatiques) et
Anthropiques (Exploitations forestière et minière)
Etat de la fragmentation ?
Progression des maquis
Début XXème
Forêts et maquis
En 100 ans, une vaste étendue de forêts parsemées ça et là de maquis est devenue à une vaste étendue de maquis parsemés ça et là de forêts
Régression des forêts
Début XXIème
Maquis et forêts
100 ans de perturbations Naturelles (feux, cyclones, changements climatiques) et
Anthropiques (Exploitations forestière et minière)
Etat de la fragmentation ?
Progression des maquis
Début XXème
Forêts et maquis
En 100 ans, une vaste étendue de forêts parsemées ça et là de maquis est devenue à une vaste étendue de maquis parsemés ça et là de forêts
Régression des forêts
Début XXIème
Maquis et forêts
Question majeure
Peut on inverser la tendance ?
Succession écologique La succession écologique, une trajectoire incontournable
• Enrichissement biologique • Enrichissement pédologique • Accroissement hauteur de végétation • Stratification des formes de vie • …
Maquis
Forestier Forêt
Substrat
Temps de conversion
Un changement majeur de structure
Sol
Du Maquis à la forêt ? Un maquis qui évolue en forêt ?
…une hypothèse probable…
• Changement de flore ? (≈ 300 espèces en commun) • Augmentation de la hauteur de végétation ?
H0: Passage par un peuplement « arbre » mono-dominé héliophile apte à s’installer dans les maquis ?
Agathis ovata, Gymnostoma deplancheanum, Arillastrum gummiferum, Codia spp,…
Du Maquis à la forêt ?
Agathis ovata Précurseur ou bloqueur ?
Profil d’une espèce héliophile à vie longue pionnière qui construit une structure forestière
• Plusieurs générations (polymorphisme) • Plusieurs parents (peu de consanguinité) • Connectivité à longue distance ( > 60 kms) • Une population connectée à celle du Grand Sud Grand kaori et Kwé
• Durée de vie très longue (1500-2000 ans) • Tolérance aux feux • Espèce héliophile mais ubiquiste : Dominant dans les maquis ouverts Présence dans les formations para (pré)-forestières, les lisières Rares en forêt
Du Maquis à la forêt ?
Agathis ovata: une espèce pionnière à vie longue Capable de construire une structure forestière ?
Forêt mixte (avec de vieux Agathis)
Maquis Maquis arboré Agathis ovata
Forêt mono-dominées par Agathis
Maquis + Jeunes Agathis
Agathis adultes
Agathis adultes + Angiospermes forestiers
Angiospermes forestiers + Vieux Agathis
Récurrence des Feux: une action inégale • Résistance des jeunes Agathis ovata
• Suppression des jeunes angiospermes
Du Maquis à la forêt ? Une frontière pas étanche
Des formations mixtes
Gymnostomma deplancheanum
Une abondance décroissante « Leader » du groupe 2
Temps de conversion
Formation mono-dominée (Gymnostoma/Codia/Styphelia) e.g. COR061, COR099, COR107,
COR038, COR100, COR097
Formation para-forestière mixte (Gymnostoma/Codia)
(Tamanous, Syzygium, Tristianopsis, Euroschinus) e.g. COR057, COR063, COR003, COR053
Forêt mixte (vieux Gymnostoma/Codia/Styphelia)
e.g. COR010, COR015, COR017, COR020, COR026
Tc = f (enrichissement floristique) Tc = f (distance à la forêt)
Tc = f (connectivité)
COR061 (59 individus, 13 sp) Formation para (pré)-forestière Gymnostoma deplancheanum (39) Codia spatulata (6) Codia discolor (2) Cunonia vieillardii (2) Myodocarpus fraxinifolius (2) Alphitonia neocaledonica (1) Flindersia fournieri (1) Garcinia hennecartii (1) Planchonella wakere (1) Polyscias dioica (1) Rhodamnia andromedoides (1) Stenocarpus trinervis (1) Syzygium macranthum (1)
COR026 (44 individus, 24 sp) Forêt mixte
Codia discolor (4) Agathis lanceolata (3)
Austrobuxus cuneatus (3) Flindersia fournieri (3)
Tabernaemontana cerifera (3) Alphitonia neocaledonica (2)
Cryptocarya gracilis (2) Cunonia balansae (2)
Gastrolepis austrocaledonica (2) Montrouziera sphaeroidea (2)
Myrsine ovicarpa (2) Ochrosia balansae var. balansae (2)
Planchonella endlicheri (2) Stenocarpus trinervis (2)
Apodytes clusiifolia (1) Cerberiopsis candelabra (1) Cryptocarya guillauminii (1)
Cryptocarya odorata (1) Elaeocarpus brachypodus (1)
Gymnostoma deplancheanum (1) Ilex sebertii (1)
Sparattosyce dioica (1) Spiraeanthemum meridionale (1)
Styphelia cymbulae (1)
Temps de conversion et distance à la forêt
Si d’un point de vue floristique et structural les lisières et les formations para-forestiers sont indiscernables
Tc +++ Tc ---
…leur temps de conversion en forêt est distinct Plus la distance est faible, plus le temps de conversion est faible
Le coût de conversion des lisières en forêt est plus faible
Effets de la fragmentation ? Le temps de conversion, une histoire de distances et de probabilités Si la nature de la matrice diffère nettement de l’habitat Application de la théorie de la biogéographie des îles
Aire
Forêt Réservoir d’espèces
(continent)
Fragment (île)
Rt+1 = Rt + immigrations – extinctions = f(Aire, Distance)
extinctions
Les lisières et cœurs forestiers= même dynamique
Progression L'ensemble forêt / lisière
progresse
Une frontière naturelle qui progresse
Régression L'ensemble forêt / lisière
régresse
Une frontière entre deux milieux
Forêt
Lisière
Conclusions
On constate :
• la taille de ces fragments influe leur richesse • la richesse est liée à la proportion d’espèces zoochores • l’augmentation de cette richesse dépend de l’attractivité de milieu
vis-à-vis des animaux • Les changements de composition floristique sont graduels • Autant de modèles de connectivité que de modèles de dispersion • deux types majeurs de connectivité (tremplin, matrice) • La transformation maquis / forêts est possible notamment via les
formations para(pré)-forestières • Connectivité élevée mesurée entre les populations fragmentées
d’une espèce héliophile d’Agathis ovata
Les fragments forestiers reliques forment la « mère » indispensables pour inverser le phénomène
Recommandations majeures
On recommande de • Recréer les grands ensembles forestiers historiques (en favorisant la
reconnexion entre les fragments forestiers par restauration passive et active)
• Limiter les effets de bords (qui affectent la composition et la richesse des forêts)
• Sortir d'une vision binaire et statique « forêt » / « non-forêt » (dont la limite est impossible à établir sur des critères floristiques. Une superclasse « formation arborée », prenant en compte les forêts du présent et celles du futur est plus pertinente )
• Passer d'une vision forêt centrée à une vision paysagère (La valeur d'un fragment forestier, d'un maquis para-forestier, d'un maquis ligno-herbacé ou même d'un sol nu dépend de sa position dans le paysage et de sa potentielle trajectoire de succession)
• Favoriser la recolonisation naturelle (en incluant les formations arborées situées en périphérie des fragments forestiers dans les plans de gestion)
• Évaluer l’importance de la matrice de végétation (dans la connectivité entre les fragments forestiers, notamment celle de type para (pré)-forestiers)
Comment inverser le phénomène ?
…en favorisant l’expansion des forêts
Peut-être compléter les dispositions relatifs à la protection des forêts en province Sud dans le code de l’environnement (avril 2016)
1) Qui conduit à une définition des forêts denses humides sempervirentes
Recommandations écologiques
Recommandations écologiques 2) Et aussi une demande (aux scientifiques) de méthodes pour délimiter de manière
précise, impartiale et reproductible des forêts denses humides sempervirentes sur le terrain et à grande échelle
Télédétection : Délimitation acceptable des maquis vs formations arborées Distinction peu résolue des sous-unités (forêts, para(ou pré)-forestier) Composition floristique : Délimitation acceptable des maquis vs formations arborées Distinction peu résolue des sous-unités (forêts, para(ou pré)-forestier)
Quelle stratégie ? Expansion ou conservation ?
Réponse 1: Conservation • Les forêts d’aujourd’hui (Gp1) ?
Réponse 2: Expansion • Les formations arborées à forte
probabilité de conversion rapide en forêt
Recommandations écologiques Réponse 2: Expansion Conserver toutes les formations arborées ?
OUI Idéalement Protection totale Supprimer les passages de feux Aucun défrichage Enrichir toutes les formations
NON Stratégiquement Minimiser le temps de conversion Protection absolue des lisières Protection absolue des grand ensembles connectés
Recommandations écologiques Une stratégie de gestion intégrée dans le temps et dans l’espace
1. Conserver et renforcer les grands ensembles déjà connectés
2. Protéger et renforcer les corridors entre ces grands ensembles
3. Lutter contre les feux dans le maquis 4. Conserver les formations arborées, incluant
les forêts du présent et celles du futur
Quand inverser le phénomène ?
Une question de temps
Discussion
Une question de temps ?
La dette d’extinction est-elle entièrement payée
Kuussaari et al. (2009), TREE
Discussion & Perspectives Ampleur et temps de relaxation de la dette ? • Fragmentation élevée Forte dette d’extinction • Longue durée de vie Temps de relaxation élevé • Fragmentation récente (début fin XXème) Effet non-observé ?
Evaluer l’effet de l’isolation et de la connectivité ? • Etudier les processus (pollinisation, dispersion, recrutement) • Etudier des organismes à cycle de vie plus court (plantes
annuelles, insectes…) • Etudier la parenté génétique au sein de chaque population
PROJET DYNAMIC DYNAMIQUE DE LA FRAGMENTATION DES NOYAUX
DE FORÊT HUMIDE SUR SOLS ULTRAMAFIQUES EN CALÉDONIE
Marc Despinoy Morgan Mangeas
1
• Objectifs : • Suivi diachronique permettant de connaître l'état de la
fragmentation structurelle dans le temps et ainsi mettre en évidence les évolutions dans les unités de paysage.
• Liens avec Corifor : • Elaboration d’un critère probabilisé c∈[0,1]
0 sol nu 1 cœur de forêt En exploitant une méthodologie proche de celle de Corifor, robuste aux changements de résolution et de radiométrie entre deux dates et avec calcul de l’imprécision
• Détection des évolutions des patchs forestiers et des zones intermédiaires en utilisant la donnée Corifor + deux autres images
• Indicateur des modifications des connectivités structurelles
2
Valeurs graduelles entre Non Forêt (0) et Forêt (1)
Images d'origine (Corr. Atmosph. - Orthorectifiées)
Histogrammes identiques ; 0,50m de résolution spatiale
2004 2012 2014
2004cm 2012cm 2014cm
Gradient 2004
Gradient 2012
Gradient 2014
1. Normalisation spatiale et radiométrique
2. Auto-corrélation spatiale (gradient forêt / non forêt)
4. Connectivité
3. Différences
• Masque nuage • Emprise identique aux 3 images • Normalisation radiométrique sur végétation et autre
(régression par canal) : image 2004 référente
• Sous-échantillonnage (étalement dynamique NDVI) • Sans nuages ; avec sols • Couche Forêt / non Forêt (Corifor) • Classification (SVM) –Echantillonnage SVM par LUT
• Différences mathématiques 2 à 2 (2004 - 2012 ; 2004 -2014 ; 2012 – 2014)
• Échantillonnage • Scénarii connectivités par Grainscape (langage « R »)
Diagramme des tâches
• Modèle SVM calibré avec production d’un critère de présence d’une unité forestière probabilisé (gradient entre 0 et 1)
• Cartes des différences de gradient • Validation du modèle en estimant la
cohérence entre les résultats de 2004, 2012 et 2014
• Vérification terrain (transects) • Connectivité
4
5
6
Moyenne = 0,23 Moyenne = 0,85
=> Robustesse de la méthode
Image
Probabilité
0,8
0,23 0,2
2012 2014 2004