Etude de la structure et de la dynamique des paysages de montagne. Exemple du bassin versant de La Voireuze, affluent de l’Alagnon entre 1948 et 2000.
Google Earth ©, 2007 CASADO Ana Master 2 Géoenvironnement Juin 2007
Directeur : J-L Peiry Laboratoire de géographie physique UMR 6042 – CNRS
Département de Géographie Université Blaise Pascal
Couverture: Image de satellite CNES/Spot de la vallée de La Voireuze. Google Earth©, 2007.
REMERCIEMENTS Je tiens à remercier M. Peiry de m’avoir permis de venir en France pour faire ce Master Recherche , ainsi que de s’être chargé de mon encadrement. Merci également à toutes les personnes du GEOLAB qui m’ont accueillie, aidée et soutenue dans le travail. Je remercie particulièrement M. Vautier, chargé de la géomatique, pour sa disponibilité et ses aides précieuses lors de mes entretiens et sollicitations renouvelé es. Je remercie aussi Stéphane Petit, qui m’a fait part de sa grande expérience en écologie du paysage. Je remercie également toutes les personnes qui m’ont aidée dans la progression de ma réflexion et la réalisation de mon travail. Je pense notamment à mes amis francophones et à tous mes amis de la promo M2 06/07. Merci à tous par votre accueil toujours chaleureux, votre aide linguistique et vos encouragements dans mon travail. Enfin, j’exprime toute ma considération à tous ceux qui, de près ou de loin ont participé au bon déroulement de ce stage .
i
ii
SOMMAIRE Introduction
1
PREMIERE PARTIE : Contexte scientifique de l’étude
3
A.
Cadre Théorique Qu’est-ce que le paysage ? Le système « paysage » : Composantes, limites et contexte. Le système « paysage » : Structure et dynamique. L’importance de l’échelle : l’hétérogénéité.
4 4 4 5 5
2.
L’écologie du paysage : Une approche d’analyse paysagère.
6
3.
Problématique de recherche, hypothèse et objectifs de travail.
6
1.
Conceptalisation du paysage : Strcture, dynamique et hétérogénéité. a. b. c. d.
B.
Cadre Géographique. 1. 2.
C.
4
L’évolution du paysage français. Identification des changements vers l’établissement de la problématique. Description de la zone d’étude.
Cadre méthodologique : outils et méthodes d’analyse du paysage. 1. 2.
Les données source. Obtention et transformation des données brutes en données dérivées. Les données dérivées. Génération des données de base pour l’analyse paysagère. a. b. c.
3.
Le traitement des données : spatialisation et quantification du paysage. a. b.
4.
Le Modèle Numérique du Terrain. Les cartes de relief, de pentes et d’orientation. Les cartes d’occupation du sol.
Traitement des données pour l’analyse qualitative du paysage. Traitement des données pour l’analyse quantitative du paysage.
Méthodologie de présentation des résultats.
DEUXIEME PARTIE : Résultats 1.
Analyse qualitative du paysage. Structure et dynamique. a. b.
2.
Description de la structure paysagère. Identification des changements du paysage.
Analyse quantitative de la structure du paysage. Composition et configuration. a. b. c.
Mesure de la composition. Mesure de la fragmentation. Mesure de l’agrégation.
TROISIEME PARTIE : Discussion 1. 2.
Discussion des aspects méthodologiques. Discussion des résultats.
8 8 8 11 11 12 12 13 13 14 15 16 17 19 20 20 25 29 29 30 31 34 35 36
CONCLUSION
40
Références bibliographiques
42
iii
LISTE DES FIGURES Figure 1.
Localisation et situation de la zone de l’étude.
9
Figure 2.
Caractéristiques du relief.
10
Figure 3.
Chaîne simplifiée du traitement des données.
12
Figure 4.
Chaîne de traitement de données dérivées.
15
Figure 5.
Distribution spatiale des types d’occupation du sol aux années 1948, 1987 et 2000.
21
Figure 6.
Unités physiographiques du bassin versant de La Voireuze.
23
Figure 7.
Distribution des types d’occupation du sol par rapport aux unités physiographiques.
24
Figure 8.
Diagrammes de transition des types d’occupation du sol, tendances évolutives et Indices d’Evolution pour les périodes 1948/1987 et 1987/2000.
26
Figure 9.
Evolution des types d’occupation du sol entre les années 1948/1987 et 1987/2000.
27
Figure 10.
Processus de changement du paysage opérant à l’échelle locale / régionale.
38
Figure 11.
Processus de changement du paysage opérant à l’échelle globale.
39
LISTE DES TABLEAUX Tableau 1.
Données source du travail. Type, échelle, provenance et format.
11
Tableau 2.
Catégorisation des types d’occupation du sol.
14
Tableau 3.
Métriques utilisées dans l’analyse du paysage.
17
Tableau 4.
Applications des indices à l’analyse des processus écologiques.
18
Tableau 5.
Indices de la composition du paysage aux années 1948, 1987 et 2000.
29
Tableau 6.
Indices de Fragmentation / Fermeture du paysage aux années 1948, 1987 et 2000.
30
Tableau 7.
Indices d’Agrégation / Désagrégation du paysage aux années 1948, 1987 et 2000.
31
Tableau 8.
Processus internes du paysage en fonction de l’espace et le temps.
36
iv
INTRODUCTION Les modifications de l’utilisation du sol sur des terrains de montagne au cours du dernier siècle ont entraîné certaines transformations de la structure et de la fonction de l’environnement français. Ces transformations sont liées à une diminution de la pression humaine traduite par des processus d’abandon des surfaces agricoles, ainsi qu’aux politiques parallèles de reboisement des versants. Ces processus ont conduit à une importante expansion « naturelle » des surfaces arborées sur des anciens terrains agricoles et donc à une revégétalisation du paysage. Il existe certaines questions environnementales liées aux transformations des paysages par rapport aux changements d’utilisation du sol. Ces changements peuvent être considérés comme l’un des éléments importants influant sur l’équilibre écologique au niveau du paysage.La compréhension du fonctionnement des systèmes environnementaux, de leur évolution dans le temps et de la réponse de leur structure aux processus de perturbation, est nécessaire pour définir des lignes d’action et de gestion futures. La littérature environnementale abonde de travaux sur les mécanismes d’adaptation environnementale aux processus de transformation issus de l’accroissement de la pression humaine. Cependant, les études sur les transformations spatiales qui ont suivi la diminution de l'activité humaine sont rares et limitées. Dans la perspective géomorphologique, certains travaux étudient les effets environnementaux des changements d’occupation du sol à travers l’analyse des processus d’ajustement des systèmes fluvia ux (Stott, 1997 ; Liébault et Piégay, 2001 ; Lach et Wyzga, 2002 ; Owens et Walling, 2002 ; Liébault, 2003 ; Surian et Rinaldi, 2003; Gomi et al., 2004 ; Liébault et al., 2005 ; Marden et al., 2005 ; Nagasaka et al., 2005 ; Dow, 2007 ). Par ailleurs, plusieurs travaux proposent l’évaluation des mutations environnementales à partir des transformations enregistrées au niveau du paysage, dans la perspective de l’écologie du paysage. (Aspinall et Pearson, 2000 ; Feranec et al., 2000 ; Mendonça Santos et Claramunt, 2001 ; Fujihara et Kikuchi, 2005 ; Lasanta et al., 2006 ; Haase et al., 2007). L'écologie du paysage est une approche idéale pour évaluer qualitativement et quantitativement les changements du paysage et les relations entre ses composantes physique, écologique et sociale (Forman 1995 ; Burel et Baudry, 2000 ; Botequilha Leitão et Ahern, 2002 ; McGarigal, 2002 ; Décamps et Décamps, 2004 ; Fujihara et Kikuchi, 2005 ; Geneletti, 2005). Ces relations sont vues comme des éléments constructeurs d’un paysage défini, dont la structure évolue dans l’espace et dans le temps (Burel et Baudry, 2000). Structure, fonction et dynamique constituent les thèmes principaux en écologie de paysage (Burel et Baudry, 2000 ; Botequilha Leitão et Ahern, 2002 ; McGarigal, 2002 ; Geneletti, 2005 ; Fujihara et Kikuchi, 2005).
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La présente étude intègre la reconstruction de la structure du paysage et l’analyse de sa dynamique pendant les dernières 50 années dans le bassin versant de La Voireuze, affluent de l’Alagnon. Cet espace est considéré comme l'unité organisationnelle de base pour l’identification, l’évaluation et la représentation des aspects du paysage. L’attention est portée sur les interrelations entre les éléments et composantes qui s’y déroulent, compte tenu des transformations spatiales et de leur évolution dans le temps. Le travail se structure en trois parties : La première partie constitue la définition du contexte scientifique de l’étude, intégrant le cadre théorique, géographique et méthodologique. Les résultats de l’analyse qualitative et quantitative de la structure et de la dynamique du paysage sont présentés dans la deuxième partie. La troisième partie est consacrée à la discussion et aux conclussions préliminaires.
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PREMIÈRE PARTIE
Contexte scientifique de l’étude
A. Cadre théorique. Conceptualisation du paysage, approche théorique d’analyse et résumé de l’évolution du paysage français. B. Cadre géographique. Description des caractéristiques de la zone d’étude. C. Cadre méthodologique. Outils et méthodes d’analyse du paysage.
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A. CADRE THÉORIQUE. 1. Conceptalisation du paysage : Structure, dynamique et hétérogénéité. a. Qu’est-ce que le paysage? Il existe plusieurs interprétations du terme « paysage » conformément aux différentes disciplines et aux contextes de gestion (McGarigal, 2002). La notion de paysage est donc complexe à appréhender. Généralement, on lui reconnaît une composante objective donnée par les éléments qui le composent et leur arrangement spatial, et une composante subjective, fondée sur la sensibilité de l’observateur (IFN, 2005). Dans la perspective écologique, le paysage est défini comme un espace hétérogène composé d’une mosaïque d’écosystèmes en interaction qui interagissent et se répètent de façon similaire dans l’espace. Le paysage est donc un niveau d'organisation des systèmes écologiques situé au-dessus de l'écosystème (Burel & Baudry, 1999). Par contre, une définition culturelle du paysage intègre la composante humaine. Le paysage est un ensemble d'éléments dont l'organisation spatiale est fortement liée à l'utilisation ancienne et actuelle du milieu (Burel et Baudry, 2000 ; McGarigal, 2002). Cette dernière définition se rapproche de celle de la Convention Européenne du Paysage pour qui le paysage « désigne une partie de territoire telle que perçue par les populations, dont le caractère résulte de l’action de facteurs naturels et/ou humains et de leurs interrelations » (CEP, 2000). Quelles que soient les définitions, le paysage est une portion de terrain, une mosaïque qui résulte d’une association de différents éléments qui interagissent les uns avec les autres. La composante physique constitue la base sur laquelle s’appuient les sociétés. Elles y interviennent au travers de leurs activités et de leur composante culturelle . En somme, le paysage est la manifestation spatiale des relations entre les sociétés et leur environnement, dont la structure actuelle est la résultante d’une dynamique évoluant dans le temps (Burel et Baudry, 2000 ; McGarigal, 2002 ; Décamps et Décamps, 2004, IFN, 2005). b. Le système « paysage » : Composantes, limites et contexte. Les paysages sont des systèmes ouverts composés d'éléments, de composantes spatiales (Burel et Baudry, 2000 ; McGarigal, 2002 ; Colantonio Venturelli et Galli, 2006). Un modèle populaire pour conceptualiser et représenter ces éléments est connu comme étant le modèle tache – corridor – matrice (Forman, 1995). Dans ce modèle, les paysages sont composés d'une mosaïque d’éléments ou taches, d’éléments linéaires qui conforment des corridors, et d’une matrice, l'élément le plus étendu et le plus courant du paysage qui joue par conséquent le rôle dominant dans leur fonctionnement. Dans les paysages anthropisés, les modes d’occupation du sol constituent le meilleur exemple de modèle paysager (Forman, 1995 ; Burel et Baudry, 2000 ; McGarigal, 2002).
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Dans l’analyse des systèmes paysagers, la question des limites du paysage doit être résolue (Burel et Baudry, 2000 ; McGarigal, 2002). Elle dépend fondamentalement de l’objet de l’étude ainsi que du champ d’action des types de processus étudiés. Pour l’analyse environnementale des paysages anthropisés, les bassins versants sont reconnus comme les unités structurelle s et fonctionnelle s du paysage qui constituent la limite de toute une variété de processus de l'environnement ainsi que d’impacts humains sur ceux-ci (McGarigal, 2002). Cette unité définit un objet spatial fondamental dans lequel les activités socio-économiques et celles de l'environnement opèrent (Aspinall et Pearson, 2000 ; McGarigal, 2002 ; Fujihara et Kikuchi, 2005). Cependant, les systèmes paysagers n'existent pas en isolement mais ils sont insérés dans des paysages plus vastes qui, en même temps, sont insérés dans des paysages encore plus vastes. Ainsi, chaque paysage est intégré dans un cadre régional qui contient ses éléments et qui contraint les processus ayant lieu dans ses limites (McGarigal, 2002). c. Le système « paysage » : structure et dynamique. La distribution des éléments du paysage opérant aux différentes échelles spatiales et temporelles dessine le patron paysager (Forman, 1995 ; Burel et Braudy, 2000 ; McGarigal, 2002). Le patron du paysage actuel est donc le reflet des structures spatiales qui varient dans le temps. La structure du paysage détermine la mosaïque, l’ensemble de taches représentant des régions de conditions environnementales relativement homogènes à une échelle particulière (McGarigal, 2002). Ces taches sont interconnectées à travers des systèmes de réseaux et insérés dans une matrice définie (Burel et Braudy, 2000 ; McGarigal, 2002). Les changements de l’état et des propriétés des éléments du paysage dans le temps, lui impriment sa dynamique. Les variations temporelles des conditions de la structure représentent des variations dans la fonction écologique du paysage. Ces variations peuvent mener à des processus de fragmentation, de cohésion, de diversification où d’homogénéisation du paysage (Burel et Braudy, 2000 ; Feranec et al., 2000; Mendonça Santos et Claramunt, 2001 ; McGarigal, 2002 ; Fujihara et Kikuchi, 2005 : Colantonio Venturelli et Galli, 2006 ; Haase et al., 2007). Quand ces changements se produisent dans des paysages anthropisés, (par exemple, des changements dans les types d’occupation du sol) les altérations de la structure peuvent affecter la fonction écologique et le potentiel économique du paysage tout entier (Haase et al., 2007). d. L’importance de l’échelle : l’hétérogénéité. Les paysages constituent donc un ensemble d’éléments dissemblables dont les interactions déterminent la structure spatiale, la dynamique dans le temps et donc l’ hétérogénéité. L’hétérogénéité
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constitue la caractéristique essentielle des paysages. Elle résulte de la nature des éléments présents, de sa connectivité/fragmentation, ainsi que de l’échelle à laquelle le système est étudié (Burel et Baudry, 2000). Les concepts d’hétérogénéité et d’échelle sont en relation constante. L’hétérogénéité détectée dans toute mosaïque paysagère est fonction de son échelle. Une tache, homogène à une échelle donnée, a toute une structure interne qui reflète des patrons hétérogènes à des échelles plus fines. De même, la mosaïque paysagère contenant cette tache, présente une structure déterminée à des échelles plus générales (McGarigal, 2002). Un paysage contient donc une hiérarchie de mosaïques à travers une gamme d’échelles diverses (Burel et Baudry, 2000 ; McGarigal, 2002). 2. L’écologie du paysage : Une approche d’analyse paysagère. Les paysages sont envisagés comme des assemblages spatialement complexes, hétérogènes, qui ne peuvent pas être catégorisés dans des éléments discrets tel que taches, matrice et corridors (Forman 1995 ; Burel et Baudry, 2000 ; Botequilha Leitão et Ahern, 2002 ; McGarigal, 2002 ; Décamps et Décamps, 2004 ; Fujihara et Kikuchi, 2005 ; Geneletti, 2005). Cette perspective relève de la discipline de l'écologie du paysage. L’un des objectifs principaux de la recherche en écologie du paysage est d’appuyer la gestion de l’environnement en engendrant des lignes d’action pour la conservation et le développement optimal (Botequilha Leitão et Ahern, 2002 ; McGarigal, 2002 ; Geneletti, 2005). La contribution la plus importante de cette discipline est l’attention portée sur la dimension spatiale des processus écologiques et sur les relations réciproques entre structure et processus (Botequilha Leitão et Ahern, 2002 ; Geneletti, 2005). Structure, fonction et changement sont les trois composantes principales d’analyse en écologie du paysage (Burel et Baudry, 2000 ; Botequilha Leitão et Ahern, 2002 ; McGarigal, 2002 ; Geneletti, 2005). L’écologie du paysage apporte également un nouveau regard sur les relations entre l’homme et la nature (Burel et Baudry, 2000). Cette approche considère les sociétés comme partie intégrante des écosystèmes influant sur leur structure, leur organisation et leur fonctionnement. En retour, les différents processus écologiques sont susceptibles d’influencer l’arrangement des mosaïques paysagères dans lesquelles les sociétés s’insèrent. (Burel et Baudry, 2000 ; McGarigal, 2002).
3. Problématique de recherche. Il ressort de cette étude bibliographique que dans les paysages pour lesquels un changement des propriétés de leur structure se produit, cela engendre une transformation de leur fonction et donc une altération des processus écologiques qu’y se déroulent. Spécifiquement, les processus de (re)boisement qui se sont développés sur les anciennes surfaces agricoles françaises, ont mené à une mutation des prairies et des cultures en surfaces boisées et donc à une fermeture et à une homogénéisation du paysage.
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Sur la base de ces affirmations, il est possible de présumer que le s bassins versants de la vallée de l’Alagnon ont connu le développement de processus similaires. La dépopulation de la région à partir des années 1940, l’abandon de terrains agricoles et donc le processus de (re)boisement qui en a résulté, conduisent à examiner l'influence de ces changements sur la structure et la dynamique du paysage concerné. L’objectif de l’étude est de reconstruire la structure paysagère et son évolution sur les dernières 50 années. Il s’agira de reconnaître les liaisons entre les éléments du paysage, les influences réciproques entre eux, ainsi que les principales transformations enregistrées dans le temps. En fonction de cet objectif principal, deux axes différents ont guidé l’ensemble du travail : - La reconstitution de l’état de la structure du paysage dans un bassin versant test, celui de La Voireuze en 1948, 1987 et 2000, pour l’établissement de l’évolution paysagère et donc de sa dynamique dans le temps. - L’analyse d’un point de vue quantitatif du paysage pour l’identification des liaisons entre les éléments et leur évolution et pour la définition des processus écologiques. Ces axes du travail sont à la base de deux questions principales : - Comment la structure du paysage a-t-elle évolué dans les derniers 50 années ? - Quelles influences ces changements ont-ils sur la fonction du paysage et les processus qui s’y déroulent ? Cette évaluation est une approche globale conduisant à l’analyse future des différences internes du paysage, ainsi qu’à son découpage en zones où les changements identifiés ont le poids le plus fort. L’importance de cette étude préliminaire se justifie par l’identification et la mesure des transformations paysagères et de la dynamique de ces transformations conforme aux changements des types d’occupation du sol du bassin versant de La Voireuze. Tenant compte que le paysage constitue un système structuré par des composantes humaine, physique et écologique, la compréhension du fonctionnement de sa structure et de sa réponse aux processus de perturbation, permet de définir des lignes d’action et de gestion. L’analyse des changements du paysage est d’autant plus importante du fait de l’établissement des processus écologiques et socio-économiques, de leur dynamique et de leurs causes, qu’elle est susceptible d’éclairer les perspectives d’évolution future.
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B. CADRE GÉOGRAPHIQUE. 1. L’évolution du paysage français. Identification des changements paysagers. Le paysage européen a supporté une anthropisation progressive au cours des dix derniers millénaires. Depuis la naissance de l’agriculture et de l’élevage issus de la révolution néolithique il y a plus de six millénaires, cette anthropisation s’est amplifiée et surtout ne s’est pas arrêtée durant les différentes périodes qui se sont succédées. Cependant, c’est à partir du XIXe siècle que les changements les plus sig nificatifs sont intervenus (pression démographique, artificialisation de l’agriculture, industrialisation et politiques de reboisement et d’évolution de la sylviculture) (Delort et Walter, 2001). En France, deux processus ont conduit à une modification radicale du paysage à partir de la fin du XIXe siècle. D’une part, la politique de correction torrentielle et le programme de Restauration des Terrains en Montagne (RTM), ont conduit à une revégétalisation dans la plupart vallées torrentielles françaises. L’objectif principal était de contrôler les phénomènes d’érosion conséquence directe des fortes crues du Petit Age Glaciaire (1450-1850) dans un contexte où la couverture végétale avait été fragilisée par une surexploitation agro-pastorale (Liébault, 2003). D’autre part, ce processus de revégétalisation a été accompagné par le dépeuplement des zones de montagne et l’abandon des terrains agricoles. Cela a fourni une occasion pour la succession naturelle et la colonisation de la forêt, et donc pour la transformation des champs et prairies à cause de l’expansion progressive des friches (Diry et Mignon, 2000). De la fin du XIXe siècle à la Seconde Guerre mondiale, le forestier a été souvent l’ennemi de l’agriculteur, en imposant le boisement des terres communes ou en incitant les propriétaires à la plantation (Diry et Mignon, 2000). L’entre-deux-guerres a été caractérisé par une dégradation de l’espace agricole à travers de l’abandon, le dépeuplement, l’enfrichement et le (re)boisement. Mais c’est le lendemain de la seconde Guerre Mondiale qui apparaît comme la grande période de mutation où ces processus se sont accrus et ont conduit à une véritable fermeture du paysage (Rieutort, 2000).
2. Description de la zone d’étude. La zone d’étude correspond au bassin versant de La Voireuze, affluent de l’Alagnon. Sa surface est de 32,4 km2 entre la tête du bassin et le village du Cheylat. Le ruisseau La Voireuze naît à la confluence des ruisseaux de l’Apcher et du Barthonnet et constitue le collecteur principal du système fluvial (Figure 1). En amont, le bassin versant de La Voireuze trouve ses sources sur le versant nord-est du Plateau de Cézalier dans le Parc Naturel Régional des Volcans d’Auvergne. Ce plateau basaltique s’est érigé entre 13 et 2 millions d’années sur le substratum granitique et métamorphique du Massif Central. Très érodé, il a une altitude moyenne de 1200 m culminant à 1551 m au Signal du Luguet (BRGM, Le Cantal : Géologie cantalienne).
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La morphologie actuelle du plateau résulte des érosions glaciaires et fluvia tiles qui ont remodélisé les anciens dépôts volcaniques sur le massif (BRGM, Le cantal : Situation géographique). Le relief présente une haute énergie marquée par le contraste entre des zones de relief faiblement ondulé traversées par des zones à pente forte correspondantes aux vallées. De l’amont à l’aval, la topographie descend de 1600 m à 600 m sur 10 km, ce qui détermine une pente générale du 10 % (Figure 2).
Figure 1. Localisation et situation de la zone de l’étude.
En ce qui concerne la lithographie, le système fluvial draine en amont des coulées basaltiques de l’age pliocène- pléistocène inférieur. En aval, les cours d’eau s’encaissent dans le substratum granitique d’age protérozoïque au sud et sur les orthogneiss résultants de l’orogenèse varisique-hercynienne au nord (BRGM, 1996, Carte Géologique de la France à l'échelle du millionième). La région reçoit des précipitations régulières dont les maximas sont enregistrées pendant l’automne et le printemps. Les précipitations diminuent de l’ouest vers l’est en réponse à une transition climatique entre deux types de dominance océanique et continentale (DIREN Auvergne). D’après les données climatiques de Météo France, la valeur moyenne des précipitations annuelle s pour les trois départements dans lesquels s’iscrit la zone d’étude est de 800 mm. Cette valeur moyenne trouve son extrême supérieur dans le département du Cantal (1100 mm par an) et son extrême inférieur dans le département de Puy de Dôme (600 mm par an). La température moyenne annuelle est de 10°c, valeur assez basse qui reflète l’influence des basses températures du département de Haute Loire. L’eau tombée s’évacue rapidement par ruissellement en raison des reliefs accentués et de la nature imperméable du sous-sol. Le réseau hydrographique est de type dendritique en intégrant des petits émissaires très ramifiés qui se concentrent pour former des cours d’eau à fortes pentes et aux lits rocheux.
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Les écoulements sont de type rapide et torrentiel en empruntant des gorges, des ravins et des vallées au profil en V. Suivant le rythme et la distribution spatiale des précipitations annuelles, l’écoulement spécifique est d’entre 30 l/s/km2 pour les hauts bassins à 20 l/s/km2 pour les écoulements en aval. Le régime hydrologique est de type pluvionival avec une influence mixte de type océanique et continentale. (DIREN Auvergne).
Figure 2. Caractéristiques du relief.
La zone a été soumise à plusieurs types d’occupation du sol même si elle a toujours maintenu un caractère rural, une basse densité de population et un habitat dispersé (INSEE). Avant le XIIIe siècle, la forêt couvrait l'ensemble du massif. Plus tard, le défrichement par les bergers a laissé place aux pâturages pour l’élevage bovin, particulièrement pour l’élevage des vaches de race Salers (Rieutort, 2000). Dans les vallées plus encaissées, la présence de nombreuses terrasses témoigne des productions fruitière et viticole (DIREN Auvergne). Le XXè siècle a été marqué par des mutations et des restructurations sur le plan de l’économie agricole et par l’exode rural (Diry et Mignon, 2000 ; Rieutort, 2000). Actuellement, l’économie de la région a une forte dominante agricole, marquée par l’importance de la production de bois d’œuvre. L’élevage continue à occuper un pourcentage important de l’activité et le tourisme a également une place privilégiée dans l’économie de la région (DIREN Auvergne).
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C. CADRE MÉTHODOLOGIQUE. Outils et méthodes d’analyse du paysage Pour l’évaluation de la structure et de la dynamique du paysage, différentes techniques de l’écologie du paysage ont été explorées et appliquées à l’échelle du bassin versant. Cette méthodologie implique toute une série d’étapes et d’opérations. Leur description intègre le choix des données source, leur traitement préliminaire et leur mise en forme pour la génération de données dérivées, le traitement des données pour l’analyse du paysage, les indices de calcul et la présentation des résultats.
1.
Les données source. Obtention et transformation des données brutes en données dérivées. Les données source du travail ont été acquises auprès de divers organismes. Leur type, leur
description, leur échelle, leur provenance et leur format sont détaillés dans le Tableau 1. Dans tous les cas, les données ont été ajustées à la projection France Lambert II. Tableau 1 : Données source du travail. Type, échelle, provenance et format. Données source
Documents
Carte topographique
Carte 2534 E « Massiac » Echelle 1 /25.000. Centrage sur la zone d’étude : 650000-2038000 664000-2031000
Provenance IGN, Série Bleue
Format
Numérique
2000 ; BD Ortho Numérique Séries de photographies aériennes
1987 ; Mission IFN 15-43 P ; Echelle 1 /17.000
IGN
1948 ; Mission F 2334 2734; Echelle 1 /25.000
Carte géologique Données de relief
Description
Carte Géologique de la France Echelle 1 :1.000.000 Centrage sur la zone d’étude
Papier Papier
BRGM
Numérique
IGN
Fichier *.txt
Elévation du terrain à pas de maillage de 50 m. BD Alti Centrage sur la zone d’étude : 650000-2038000 664000-2031000
Certaines de ces données ont nécessité un travail de mise en forme, de numérisation, de digitalisation et d’harmonisation avant d’être utilisées dans le calcul d’indic es et dans la production de cartes. C’est le cas particulier de la BD-Alti de l’IGN et des photographies aériennes. La chaîne simplifiée du traitement des données en fonction de leur type et du logiciel employé est présentée dans la Figure 3. La BD-Alti de l’IGN constitue un fichier *.txt qui comprend les coordonnées XYZ des points du terrain calculés sur un pas de 50 m. Donnée essentielle, la BD-Alti est la source de nombreuses données dérivées. En premier lieu, elle a été la base de la construction du MNT et de la Carte Topographique sur le logiciel Surfer 8 ©. En deuxième lieu, elle a servi de base de données altitudinale pour
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l’orthorectification des photos aériennes sur le logiciel ErMapper 7 ©. Finalement, la BD-Alti a été utilisé dans la génération du TIN (Triangulated Irregular Network ) sur le logiciel ArcMap (ArcGIS 9 ©), et dans les Cartes de Pentes et d’Orientation dérivées (Figure 3). D’autre part, trois séries de photographies aériennes issues de l’IGN ont été acquises. Elles correspondent aux années 2000, 1987 et 1948. La série 2000, en format numérique, fait partie de la BDOrtho de l’IGN. Les séries 1987 et 1948 ont été acquises en format papier, puis scannées et transformées en format numérique avec une résolution de 600 ppi. Pour la correction de leur géométrie et de leurs déformations, les séries 1987 et 1948 ont été orthorectif iées sur le logiciel ErMapper 7 © (Figure 3) avec une erreur RMS moyenne d’entre 0,5 et 1,1. L’orthorectification a été menée sur l’outil Geocoding Wizard par l’usage de points de contrôle sur le terrain. Les données source de cette étape intègrent la mosaïque de la série 2000 et la BD-Alti transformée en grille par la technique de krigeage sur l’outil Gridding Wizard. Les photographies orthorectifiées en format *.ers ont été compressées au format *.ecw et importées sur ArcMap (ArcGIS 9 ©) à travers l’outil ECW and ErMapper (ArcGIS Plugin With Compressor1 ) (Figure 3).
Figure 3. Chaîne simplifiée du traitement des données.
2. Les données dérivées. Génération des données de base pour l’analyse paysagère. a. Le Modèle Numérique du Terrain. Le MNT a été construit à partir de la transformation de la BD-Alti dans une grille par la technique de krigeage (Surfer 8 ©) (Figure 3). Cette modélisation du relief a eu pour principale application la délimitation du bassin versant et la détermination de la direction de l’écoulement. Elle a aussi permis de se rapprocher du paysage perçu à partir de la visualisation en trois dimensions (IFN, 2005). 1
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b. Les cartes de relief, de pentes et d’orientation. Les coordonnées XYZ de la BD-Alti ont été introduites sur ArcMap (ArcGIS 9 ©) en format table , puis transformées dans un fichier de points en format *.shp. Ce fichier a été utilisé pour la construction du TIN avec une taille de pixel de 5 m. Les cartes d’altitudes, de pentes et d’orientation ont été dérivées du TIN. Ainsi, la taille des pixels est la même. Pour faciliter l’analyse postérieure, les cartes brutes obtenues ont été découpées selon les limites du bassin versant (outil mask ), puis reclassifiées et exportées en format vecteur. La construction de ces cartes a eu pour principal objectif l’identification des caractéristiques physiques de la zone de l’étude et la génération d’une carte d’unités physiographiques. Cette carte est le résultat de la superposition des cartes d’altitude et de pentes en format vecteur (outil intersect). Elle englobe six unités physiographiques à savoir : Haut plateau, crêtes, terrains modérément escarpés, terrains escarpés, terrains fortement escarpés et fond de vallée. Ces unités ont été déterminées à partir des relations matricielles entre les valeurs d’altitude et des pentes (Colantonio Venturelli et Galli, 2006). Ces valeurs préliminairement absolues, ont été catégorisées en 10 classes à pas de 100 mètres dans le cas des altitudes (600 à 1600 m). Dans le cas des valeurs des pentes (0 à 120 %), elles ont été regroupées en 10 classes à pas de 10 % d’inclinaison, sauf pour les valeurs les plus élevées (90 à 120 %) qui ont été agroupées dans une seule catégorie . c. Les cartes d’occupation du sol. L’occupation du sol constitue l’une des données principales pour l’analyse paysagère et pour le calcul des indicateurs d’écologie du paysage (Aspinall et Pearson, 2000 ; Feranec et al., 2000 ; Mendonça Santos et Claramunt, 2001 ; Fujihara et Kikuchi, 2005, Colantonio Venturelli et Galli, 2006 ; Lasanta et al., 2006 ; Haase et al., 2007). Les cartes d’occupation du sol ont été produites à partir de l’analyse et de la digitalisation sur ArcMap (ArcGIS 9 ©) des mosaïques issues des photographies aériennes de 1948, 1987 et 2000 (Figure 3). Ces cartes en format vecteur intègrent toute une série de polygones identifiant types d’occupation du sol. L’opération de digitalisation a impliqué la résolution de certaines opérations préliminaires (Aspinall et Pearson, 2000; IFN, 2005). Ces opérations sont décrites ci-dessous. Délimitation de la zone d’étude. Le bassin versant de La Voireuze a été rigoureusement délimité et digitalisé à partir de la carte topographique de l’IGN , en suivant les inflexions des courbes de niveau et à l’aide du MNT. Définition des surfaces minimales à cartographier en fonction de l’échelle de présentation des résultats. La taille minimale des unités cartographiables a été définie à 15 m de côté (225 m2 ). Considérant une limite de perception visuelle à 0,3 mm (Cremona Parma et Philips, 2004) et une échelle de représentation
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à 1/50.000, les unités dont la taille sur le terrain est inférieure à cette valeur ne seront pas visibles à l’échelle de représentation. Identification et définition des unités paysagères à cartographier. Sur la base de l’analyse des photographies aériennes, deux grands groupes d’éléments paysagers ont été identifiés : des élément linéaires et des taches. Le premier groupe intègre les cours d’eau, les routes, les chemins. Le deuxième groupe englobe les espaces destinés aux activités agroforestières, les espaces couverts de végétation, les espaces de transition et les espaces occupés par des habitats. En tant qu’unités paysagères identifiables, avec des limites définies et donc cartographiables (Burel et Baudry, 2000), les taches identif iées ont été regroupés en neuf catégories d’occupation du sol (Tableau 2). La classification établie ainsi que les couleurs de représentation choisies ont été adaptées de la nomenclature Corine Land Cover (CLC) (EEA, 2006). CLC est l’une de plus importantes bases de données sur les types d’occupation du sol au niveau européen offrant un outil essentiel pour l’inventoire et l’analyse du paysage (Feranec et al., 2000). La catégorie « haies » a été ajoutée à la catégorisation en tant que front de boisement. Dans le cas particulier des espaces de transition, la catégorisation générale de la nomenclature CLC a été affiné à partir de la typologie des friches proposée par Diry et Mignon (2000). Tableau 2. Catégorisation des types d’occupation du sol. Niveau 1 1
Niveau 2
Surfaces artificielles
Habitats et Chemins
Surfaces agroforestières
Surfaces agricoles hétérogènes
2 3 4 5
Forêt
6 7
8
9
Surfaces forestières et seminaturelles
Associations de végétation arbustive et herbacée
Niveau 3
Description
Couleur RGB
Habitats et chemins *
Des habitats, des routes et des zones artificielles occupant des surfaces significatives.
255-000- 000
Modèles de cultures complexes *
Juxtaposition permanentes.
255-230- 077
Plantations forestières *
Couverture boisée composée d’espèces de sylviculture.
242-180- 200
Haies
Végétation arborée alignée conformant souvent des fronts de boisement lorsque les cultures sont abandonnées.
000-031- 000
Végétation Arborée*
Formation composée principalement d’arbres y compris des arbustes.
000-166- 000
Prairies de productivité différentielle, souvent placées dans des terrains irréguliers ou parmi le tissu agricole.
204-220- 077
Moindre exploitation des espaces cultivés ou pâturés pouvant conduire à un abandon partiel ou total des terres.
245-202- 122
Zones de Transition : Parcelles à broussailles **
Zone improductive qui a connu l’intervention humaine mais qui n’est plus exploitée depuis un temps suffisamment long pour que l’embroussaillement de déroule.
205-170- 102
Zones de Transition : Friches**
Espace non affecté par une intervention anthropique depuis longtemps et qui évolue à une végétation difficilement pénétrable avec éventuellement la présence d’arbustes et d’arbres annonçant le passage à la forêt.
137-112- 068
Végétation herbacée (Prairies naturelles et pâturées)* Zones de Transition : Déprise agricole**
des
petites
récoltes
annuelles
et/ou
Sources : (*) EEA, 2006 [modifié] ; (**) Diry et Mignon, 2000.
3. Le traitement des données : spatialisation et quantification du paysage. La chaîne complète de traitement des données dérivées est exprimée dans la Figure 4. Les cartes d’occupation du sol constituent les données de base de toute mesure et calcul d’analyse du paysage. En premier lieu, elles ont été récapitulées pour chaque période considérée en fournissant une représentation de la structure de la mosaïque, puis superposées deux à deux procurant ainsi une vision des changements paysagers. Finalement, elles ont été associées aux unités de relief pour l’identification de sa situation
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géographique. En deuxième lieu, les cartes d’occupation du sol ont fourni les données de base pour la quantification du paysage et des changements à travers le calcul de plusieurs indices propres de l’écologie du paysage.
Figure 4. Chaîne de traitement de données dérivées.
a. Traitement des données pour l’analyse qualitative du paysage. La description de la structure et de la dynamique du paysage a impliqué l’analyse et la superposition des cartes d’occupation du sol, ainsi que des cartes physiques. Ces opérations ont été réalisées sur ArcMap (ArcGIS 9 ©) en format vecteur (Figure 4). La description de la structure a intégré l’évaluation de l’état du paysage à partir des cartes d’occupation du sol 1948, 1987 et 2000 en format vecteur. Cela a compris l’analyse de la distribution spatiale des polygones représentant un type d’occupation de sol donné, ainsi que des mesures de leur quantité et de leur surface. Ces mesures ont été produites sur la base des tables d’information spatiale associées aux cartes (Figure 4). Pour chaque année, les surfaces plane (SP) et développée (SD) des polygones ont été calculées. La SP est automatiquement calculée par le logiciel dans l’environnement d’une Geodatabase définie a priori. La valeur de SD a été obtenue à partir du découpage des cartes d’occupation du sol par rapport aux valeurs de pente (superposition en format vecteur, outil intersect). La SD est donc le résultat de la relation entre la SP et la correspondante valeur de pente (%). La formule utilisée s’exprime comme suit : n
SDi = S SP + [SP * Pente] i=1 100
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La carte d’occupation du sol 2000 a été superposée à la carte des unités physiographiques (outil intersect) (Figure 4). Cela a permis de déterminer la situation des types d’occupation du sol par rapport aux caractéristiques du relief (Colantonio Venturelli et Galli, 2006). Les années 1948 et 1987 n’ont pas été prises en compte du fait des variations non significatives par rapport à l’année 2000. Finalement, les changements de l’état du paysage dans le temps ont été établis par la superposition des cartes en format vecteur (outil intersect) deux à deux selon les années 1987/2000 et 1948/1987 (Figure 4). La multiplicité de catégories obtenues, produit de la superposition spatiotemporelle , a été corrigée par la discrimination de transitions impossibles et/ou pas significatives, puis par la construction de tableaux croisés et de diagrammes de transition. Les tableaux croisés ont fourni l’information nécessaire au calcul de l’Indice d’Evolution (IE) des types d’occupation du sol. L’IE constitue un indice simple pour la mesure des changements du paysage dans le temps. Il s’agit de la proportion totale (%) de terrain gagné ou perdu pour chaque type d’occupation du sol entre les années 1948/1987 et 1987/2000. Cette proportion est le résultat de la relation entre les pertes de surface en faveur des autres types d’occupation du sol et les surfaces gagnées durant les deux périodes concernées (IFN, 2005). Les diagrammes de transition ont fourni l’identification des principaux changements du paysage, ceux qui ont été postérieurement spatialisés (Feranec et al., 2000 ; Mendonça Santos et Claramunt, 2001). b. Traitement des données pour l’analyse quantitative du paysage. L’analyse quantitative de la structure du paysage intègre toute une série de métriques issues de l’écologie du paysage. Ces métriques sont calculées sur le logiciel Fragstats © pour la quantification de la structure à l’échelle de la tache, d’une même catégorie de taches et à l’échelle globale du paysage. Leur principale finalité consiste de recréer des structures paysagères et leur dynamique dans le temps ainsi que d’évaluer les fonctions et les processus écologiques qui s’y déroulent (McGarigal et al., 2002). Certaines de ces métriques sont utilisées dans la mesure de la composition du paysage (présence et abondance de taches ou de types de taches) pendant que quelques autres sont appliquées à la mesure de la configuration paysagère (distribution et arrangement spatial des taches) (Botequilha Leitão et Ahern, 2002 ; McGarigal et al., 2002 ; Colantonio Venturelli et Galli, 2006). Pour mesurer la composition et la configuration de la structure paysagère, les cartes d’occupation du sol 1948, 1987 et 2000 ont été transformées en format grid (raster) avec une taille du pixel de 5 m. Puis, les cartes en format grid ont été importées dans le logiciel Fragstats © (Figure 4). Sur ce logiciel, les indices adaptés aux objectifs du travail ont été sélectionnés et calculés. Le Tableau 3 présente les indices choisis, le niveau d’analyse où ils ont été appliqués et des descriptions complémentaires. Ensuite, le Tableau 4 présente la relation entre les indices et leur application dans l’analyse des processus écologiques.
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Les indices inscrits dans les Tableaux 3 et 4 correspondent à métriques courantes en écologie du paysage. Par exemple, surface des taches, nombre, diversité, sont des mesures fréquemment utilisées dans des études décrivant l’hétérogénéité spatiale . D’autre part, les mesures de densité de contours, de surface moyenne des taches et de cohésion, constituent des calculs propres à études de la fragmentation (Aspinall et Pearson, 2000 ; Mendonça Santos et Claramunt, 2001 ; Botequilha Leitão et Ahern, 2002 ; McGarigal et al., 2002 ; Colantonio Venturelli et Galli, 2006 ; Lasanta et al., 2006 ; Hasse et al., 2007). Tableau 3. Métriques utilisées dans l’analyse du paysage.
Composition du paysage
Indice
Algorithme
Unités
Description Surface occupée par classe.
CA
Classe
Hectares
PLAND
Classe
%
Proportion du paysage occupé par classe (Régularité).
LPI
Classe
%
Pourcentage total du paysage compris par la tache la plus grande.
NP
Classe / Paysage
NP = 1 8
Nombre de taches au niveau des classes et au niveau du paysage.
PR
Paysage
PR = 1 8
Nombre de classes présentes dans le paysage.
SHDI
Paysage
SHDI = 0 8
Mesure exprimant le degré avec lequel des éléments du paysage sont représentées en proportions similaires .
PD
Classe
N° par 100 hectares
Relation entre le nombre de taches d’une classe par 100 hectares.
Hectares
MPS SD CV
Configuration du paysage
Niveau
Classe
Taille moyenne des taches par classe et sa variation absolue (SD) et relative (CV).
SHAPE
Classe
SHAPE = 0 8
Valeur moyenne de la forme des taches composant une classe
ED
Classe / Paysage
Mètres par hectare
Somme des contours des taches correspondant une classe par hectares.
AI
Classe / Paysage
% 0 = AI = 100
Fréquence avec laquelle des pairs des pixels d’une même classe sont adjacentes.
IJI
Classe / Paysage
% 0 = IJI = 100
Pourcentage d’adjacence d’une classe et le reste des classes.
CONTAG
Paysage
% 0 = C = 100
Mesure de l’agrégation spatiale classes au niveau du paysage.
des
CA (Class area); PLAND (Percentage of Landscape); LPI (Largest Patch Index); NP (Number of Patches); PR (Patch Richness); SHDI (Shannon Diversity Index); PD (Patch Density); MPS (Mean Patch Size); SD (Standard Deviation); CV (Coefficient of Variation); ED (Edge Density); AI (Aggregation Index); IJI (Interspersion/Juxtaposition Index); CONTAG (Contagion).
4. Méthodologie de présentation des résultats. Les résultats obtenus proviennent des analyses qualitative et quantitative du paysage. Les aspects qualitatifs ont été spatialisés sur des cartes variées, accompagnées par des tableaux et par des graphiques
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explicatifs. Les résultats de l’analyse statistique ont été organisés en tableaux sans référence à un support spatial. La présentation des résultats a été organisée comme suit : Résultats de l’analyse qualitative du paysage. §
Spatialisation de la structure paysagère à travers les Cartes d’Occupation du Sol 1948, 1987 et 2000 (Figure 5). Pour chaque année, les cartes sont accompagnées par des tableaux et des qraphiques exprimant nombre et surface des types d’occupation du sol.
§
Spatialisation des relations entre les altitudes et les pentes à travers la Carte d’Unités Physiographiques (Figure 6).
§
Spatialisation de la situation des types d’occupation du sol à travers la carte de distribution de types d’occupation du sol par rapport aux unités physiographiques (Figure 7).
§
Etablissement des changements du paysage à travers les diagrammes de transition 1948/1987 et 1987/2000, les schémas de tendances évolutives et à travers les Indices d’Evolution (Figure 8).
§
Spatialisation de l’évolution du paysage à travers les cartes de changements 1948/1987 et 1987/2000 (Figure 9).
Résultats de l’analyse quantitative du paysage. §
Indices de la composition du paysage aux années 1948, 1987 et 2000 : Mesure de la diversification / simplification (Tableau 5).
§
Indices de la configuration du paysage aux années 1948, 1987 et 2000 : Mesure de la fragmentation / fermeture et de la agrégation / désagrégation (Tableaux 6 et 7).
Tableau 4. Applications des indices à l’analyse des processus écologiques. Processus écologique
Indices de mesure
Simplification / Diversification
CA mesure la surface occupée pour chaque type d’occupation du sol. PLAND mesure la proportion du paysage occupé par des types d’occupation du sol. PLAND donne une idée de dominance des types d’occupation. LPI mesure la surface de la tache la plus grande pour chaque type d’occupation du sol. Grandes valeurs de LPI indiquent une forte dominance d’une tache unique. PR mesure le nombre de types d’occupation du sol présentes dans le paysage. PR augmente en tant le paysage accroisse sa hétérogénéité. SHDI mesure la hétérogénéité du paysage combinant la richesse et la régularité. Une valeur égale à 0 indique un paysage homogène.
Fragmentation / Fermeture
NP et PD mesurent le nombre et la densité de taches conformant un type d’occupation du sol. Ces valeurs augmentent en tant le paysage se présente de plus en plus fragmenté. MPS mesure la surface moyenne des taches conformant une classe. Cette valeur diminue en tant le paysage se présente de plus en plus fragmenté. SD et CV mesurent la variabilité de la taille des taches par rapport à la moyenne. Petites valeurs de variabilité indiquent des paysages uniformes. Ces mesures servent à comparer les variations dans le temps. ED mesure la densité des contours des taches conformant des types d’occupation du sol. Hautes valeurs de ED accompagnées par faibles valeurs de surface indiquent une haute fragmentation du paysage en plusieurs petites taches.
Agrégation / Désagrégation
AI mesure l’arrangement spatial des taches correspondantes aux types d’occupation du sol. Une valeur AI élevée indique des unités adjacentes et donc des taches agrégés . IJI mesure l’adjacence entre types d’occupation du sol différents. Une valeur IJI égale à 100 indique une classe adjacente avec toutes les autres classes. CONTAG mesure l’agrégation des taches au niveau du paysage. Hauts indices de contagion conduisent à la colonisation et à la diffusion potentielle des perturbations
CA (Class area); PLAND (Percentage of Landscape); LPI (Largest Patch Index); NP (Number of Patches); PR (Patch Richness); SHDI (Shannon Diversity Index); PD (Patch Density); MPS (Mean Patch Size); SD (Standard Deviation); CV (Coefficient of Variation); ED (Edge Density); AI (Aggregation Index); IJI (Interspersion/Juxtaposition Index); CONTAG (Contagion).
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DEUXIÈME PARTIE
Résultats
1. Analyse qualitative du paysage. Description de la structure et de la dynamique. 2. Analyse quantitative du paysage. Mesure de la composition et de la configuration.
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1.
Analyse qualitative du paysage. Structure et dynamique. L’analyse qualitative comprend la description et la spatialisation de la structure ainsi que
l’identification et la spatialisation des changements du paysage enregistrés au cours des 50 dernières années. a. Description de la structure paysagère . La Figure 5 présente les cartes d’occupation du sol obtenues après digitalisation des photographies aériennes de 1948, 1987 et 2000. Elle expose la distribution spatiale des neuf types d’occupation du sol identifiés ainsi que la proportion du paysage occupée par les différentes catégories, et les relations entre leur surface totale et le nombre de taches qui le s composent. Les résultats soulignent certains aspects remarquables concernant l’état de la structure pour chaque période. En 1948
[Figure 5 : A] ,
le paysage apparaît plutôt rural, dominé par des espaces couverts de végétation
herbacée (26,85 %) et par les cultures (12,12 %). La relation surface/nombre révèle une grande quantité de cultures (682) , distribuées sur une surface de 390 ha en opposition à une grande surface herbacée (870 ha) contenant un nombre réduit de parcelles (66). Cela indique la présence d’une activité agricole intensive sur un parcellaire très morcelé opposée à un pâturage plutôt extensif. En règle générale, cultures et prairies se distribuent de façon concentrée et compacte. Elles constituent des associations le long de grandes surfaces, seulement interrompues par des haies, des habitats et des chemins. Pourtant, il y a des secteurs où le continuum agricole est interrompu par des parcelles abandonnées. La déprise agricole occupe 10,7 % du territoire. Cette valeur assez élevée intègre 122 parcelles sur 345 ha, généralement distribuées autour des terrains cultivés. D’autre part, la forêt (19,5 %) et les terrains embroussaillés (18,6 %) sont très présents. Les surfaces arborées occupent 630 ha disposés en langues allongées dans le sens est-ouest et qui se fragmentent vers les extrémités. Vers le centre-est, et sur une surface de 600 ha, les parcelles embroussaillées s’alignent le long de la forêt ; elles sont fréquemment interrompues par des friches. Les friches, localisées de préférence au bord des surfaces arborées, représentent 8,2 % de l’ensemble paysager. En 1987 [Figure 5 : B] , le paysage a subi certaines transformations , représentées principalement par le recul et la fragmentation de l’espace agricole, l’expansion de la forêt et le développement de la sylviculture. Le nombre et la surface des cultures sont descendus de 682 à 460 parcelles et de 390 à 330 ha (10,1 %). Dans le cas de la végétation herbacée, on assiste aussi à une diminution de leur surface de 870 à 720 ha (22,3 %) ainsi qu’à une réduction de la taille des parcelles herbacées liée à l’accroissement de leur nombre (119). Prairies et cultures apparaissent spatialement plus fragmentées et mélangées avec des autres types d’occupation du sol.
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Figure 5. Distribution spatiale des types d’occupation du sol aux années 1948 (A), 1987 (B) et 2000 (C). Proportion du paysage représentée par chaque type et relation entre leur surface totale et le nombre de taches qui le conforment.
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Les espaces agricoles ont régressé à cause de la déprise agricole, l’expansion de la sylviculture et de la forêt. Dans le premier cas, les terrains agricoles abandonnés (11,3 %) ont augmenté en surface et en nombre de 345 à 370 ha et de 122 à 199 parcelles respectivement. Dans le cas de la sylviculture, en 1987 les plantations occupaient le 6,5 % du paysage (210 ha). Elles constituaient 52 parcelles généralement regroupées et localisées entre les terrains arborés. Par ailleurs, la forêt a subi un processus d’expansion en s’étendant de 630 à 765 ha et le nombre de parcelles arborées a augmenté de 46 à 54. En 2000
[Figure 5 : C],
la forêt et les prairies dominent le paysage (58 %). Les surfaces arborées couvrent
28,2 % du territoire alors que les surfaces herbacées occupent 29,8 %. La forêt s’est étendue de 765 à 915 ha sur des terrains couverts par des friches et broussailles. La réduction du nombre de parcelles arborées indique que des anciens fragments de forêt isolés sont maintenant connectés et la forêt apparaît donc plus compacte. D’autre part, la forte augmentation du nombre de parcelles herbacées (119 à 197) et l’accroissement modéré de leur surface totale (720 à 965 ha) indiquent la prolifération de prairies de petite taille. L’espace agricole (5,5 %) est en 2000 composé de 162 parcelles occupant 180 ha. Ces valeurs reflètent une forte diminution par rapport à 1948 accompagnée d’un certain agrandissement de la taille des parcelles. La disposition spatiale des surfaces cultivées est irrégulière et fragmentée et la plupart des terrains abandonnés sont occupés par des prairies intensives. Cette fragmentation de l’espace agricole a aussi été accompagnée de l’augmentation de la surface des haies (23 ha). L’influence de la configuration du relief sur la structure du paysage. Pour certains types d’occupation du sol, la différence entre leur surface plane et leur surface développée est remarquable
[Figure 5].
C’est le cas en particulier des surfaces arborées, des parcelles embroussaillées
et des friches. Cela indique que la topographie du terrain entraîne une certaine influence sur la distribution spatiale des types d’occupation du sol. En conséquence, il est nécessaire d’établir quelles sont les relations entre leur disposition et la configuration du relief. La Figure 6 présente les unités physiographiques identifié es pour la zone d’étude. Ces unités constituent le résultat d’une matrice de relation entre la distribution des valeurs d’altitude et des valeurs de pente. Parmi les six unités reconnues, le haut plateau et les terrains escarpés dominent le paysage. Le poids de ces derniers est fort. Des 3241 ha qui représentent la surface totale, 1895 ha (58 %) correspondent à des terrains dont la pente dépasse le 20 % d’inclinaison. Cette prédominance des terrains escarpés se traduit par de grandes différences dans le calcul des surfaces totales, selon la prise en compte ou non de la valeur des pentes. En effet, au niveau du bassin versant, la surface développée accuse un accroissement de 950 ha par rapport à la surface plane. Le relief dominant peut donc être considéré comme abrupt ; les surfaces planes sont réduites en faveur des terrains ondulés, escarpés voire très escarpés. Les vallées sont profondes, encaissées et confinées.
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Figure 6. Unités physiographiques du bassin versant de La Voireuze. Source : Elaboration personnelle sur la base de la méthodologie présentée par Colantonio Venturelli et Galli, 2006.
De la superposition des unités physiographiques et des types d’occupation du sol en 2000, il ressort que dans tous les cas, la configuration du relief détermine la disposition de ceux-ci
[Figure 7].
En général,
l’espace agricole est associé aux terrains légèrement ondulés tandis que les surfaces arborées, les parcelles embroussaillées et les friches se localisent de préférence sur des terrains escarpés.
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Figure 7. Distribution des types d’occupation du sol par rapport aux unités physiographiques.
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Une proportion de 67,2 % des surfaces herbacées (650 ha) s’étend sur les terrains ondulés du haut plateau, proportion qui représente 80 % de cette unité couverte par ce seul mode d’occupation du sol. Le pourcentage restant des prairies se distribue sur les terrains modérément escarpés (14,9 %) et sur les crêtes (11 %). Ces dernières unités, de surface régulière, supportent aussi l’espace cultivé. Les 65,9 % des cultures se localisent sur les crêtes, occupant une surface de 117 ha. En faible proportion, les parcelles cultivées se localisent également sur les terrains modérément escarpés (16,1 %) et sur le haut plateau (9,1 %). Les terrains de déprise agricole accompagnent les cultures et donc ils se localisent en proportions similaires sur les crêtes (33,5 %) et sur les terrains modérément escarpés (33,3 %). La distribution spatiale de l’espace agricole ne trouve pas de limite d’altitude, mais existe cependant une limite de pente. Là où l’inclinaison du terrain excède les 30 %, commence le domaine des parcelles dégradées et de la forêt. Les terrains escarpés et fortement escarpés supportent les pourcentages les plus forts de surface arborée (79,9 %), de parcelles embroussaillées (66,5 %) et de friches (71,8 %). Ces types d’occupation du sol se distribuent donc sur les versants des vallées confinées où il est possible d’établir certaines différences relatives à l’orientation des versants et à l’altitude. Concernant l’orientation, il résulte que la forêt se localise de préférence sur les pentes orientées au nord tandis que les broussailles et les friches font généralement face au sud. Par rapport à l’altitude, les surfaces arborées se distribuent dans les fonds de vallées et sur les versants d’altitude moyenne. Les friches et les terrains embroussaillés prolifèrent sur les hauts versants. b. Identification des changements du paysage . L’évolution des types d’occupation du sol imprime au paysage sa dynamique. Puisque la structure paysagère n’est pas stable, les changements du paysage durant les derniers 50 années ont été reconnus à travers l’identification des transitions et des tendances évolutives des types d’occupation du sol entre les années 1948/1987 et 1987/2000. Ces mutations du paysage sont quantifiées dans la Figure 8, puis spatialisées dans la Figure 9. Les diagrammes de transition obtenus (Figure 8) révèlent qu’entre 1948 et 1987 les transformations ont été plus nombreuses et profondes qu’entre 1987 et 2000. Les tendances évolutives
de
certains
types
d’occupation du sol révèlent aussi des inversions entre périodes, ainsi que des variations négatives à positives, et vice-versa, des Indices d’Evolution (IE). Entre 1948 et 1987, les mutations les plus significatives comprennent la déstructuration et la dégradation de l’espace agricole et l’expansion de la forêt (Figure 8). Dans le premier cas, 1,7 % du paysage a muté des cultures vers la végétation herbacée alors que 2,2 % a évolué dans le sens contraire. De même, au cours de cette période, on a assisté au développement de la sylviculture au détriment des surfaces herbacées (0,9 %), enfrichées (1,4 %) et arborées (1,7 %) qui ont laissé la place aux plantations (IE +4).
- 25 -
Figure 8. Diagrammes de transition des types d’occupation du sol, tendances évolutives et Indices d’Evolution pour les périodes 1948/1987 et 1987/2000.
La dégradation de l’espace agricole est représentée par un passage des cultures en terrains en déprise (2,6 %) et par l’abandon de surfaces herbacées (2,1 %) (Figure 8). Ces transformations expliquent une grande partie des indices d’évolution négatifs de cultures et prairies (IE -2,1 ; IE -4,5). D’un autre côté, il existe une tendance à l’enfrichement liée à l’embroussaillement de déprises agricoles (2,7 %) et à la mutation de parcelles embroussaillées en friches (3,4 %). Finalement, entre 1948 et 1987 la forêt s’est étendue considérablement (IE +4,1) (Figure 8). Au total, les surfaces arborées ont gagné 7,1 % du paysage, grâce à la contribution des friches, des parcelles embroussaillées, des déprises agricoles et des surfaces herbacées.
- 26 -
Figure 9. Evolution des types d’occupation du sol entre les années 1948/1987 et 1987/2000.
- 27 -
D’autre part, la période 1987/2000 est marquée par le recul agricole et par l’incessante expansion de la forêt (Figure 8). La réduction des surfaces cultivées est une conséquence du développement des prairies (IE +7,4). En effet, une proportion de 4,4 % du paysage s’est transformée de cultures en parcelles herbacées. Ces dernières se sont vues aussi accrues par la récupération de terrains en déprise (3,7 %). D’autre part, la tendance à l’enfrichement se maintient. Il est possible d’observer une mutation des déprises agricoles (IE -5,2) en faveur de l’embroussaillement (1,9 %), une diminution des surfaces embroussailles (IE -2,5) en faveur de l’expansion des friches (3,8 %) et une réduction des terrains couverts par des friches (IE -0,7) en faveur de l’expansion de la forêt (4,1 %). La forêt continue également à s’étendre (IE +4,6) à partir de l’évolution des friches (4,1 %), des broussailles (1 %) et des plantations (0,8 %) en surfaces arborées. En résumée, les tendances évolutives peuvent être regroupées en quatre types principaux de mutations : les transformations de l’espace agricole, la dégradation de l’espace agricole, l’enfrichement et le boisement. La Figure 9 présente la spatialisation de ces mutations registrées entre 1948/1987 et entre 1987/2000. Transformations de l’espace agricole. Les transformations de l‘espace agricole sont liées à des changements internes de la structure agraire. La période 1948/1987 comprend une déstructuration des anciennes activités rurales représentée par la mutation de cultures en prairies et vice-versa, par l’abandon de certains terrains et par le développement des plantations. Entre 1987 et 2000, le secteur rural a subi une restructuration. Elle est représentée par le grand développement des prairies et par la poursuite de l’extension des plantations d’arbres. Dégradation de l’espace agricole La dégradation de l’espace agricole comprend les mutations des cultures et des prairies en terrains abandonnés. La déprise agricole a été plus profonde pour la période 1948/1987 que pour la période 1987/2000. En effet, la carte des changements 1948/1987 montre qu’un grand nombre de cultures ainsi que certaines prairies se sont transformées en terrains en déprise. D’ailleurs, dans les dernières années on assiste à un recul des déprises agricoles en faveur de la prairie comme, le montre la carte 1987/2000. Enfrichement L’évolution de déprises agricoles en broussailles et de surfaces embroussaillées en friches est constante durant les deux périodes. Elle s’accroît légèrement dans les dernières années. Boisement Le progrès des boisements représente le changement du paysage le plus important durant les deux périodes analysées. En général, il constitue l’état final de la progression déprise -> broussaille ->friche. Cependant, dans certains cas le passage à la forêt s’est produit directement à partir des déprises ou broussailles, selon des progressions trop rapides pour être identifiées par les intervalles temporels
- 28 -
résultant des séries de clichés utilisées. L’expansion de la forêt est clairement visible sur les cartes de changements où l’on observe une tendance des surfaces arborées à la compacité.
2.
Analyse quantitative de la structure du paysage. Composition et configuration. Pour caractériser la compositio n et la configuration, plusieurs métriques du paysage ont été
calculées à partir des cartes d’occupation du sol en format raster importées dans le logiciel Fragstats ©. Ces métriques ont été regroupées en fonction des différents processus écologiques à mesurer : simplification / diversification ; fragmentation / fermeture ; agrégation / désagrégation. a. La mesure de la composition. Le Tableau 5 intègre les métriques de la composition paysagère à l’échelle de la classe ainsi qu’à l’échelle du paysage. Ces mesures servent à l’identification des processus de simplification (homogénéisation) ou de diversification (hétérogénéisation) du paysage à partir de la comparaison du nombre (NP) et de la surface (CA) des taches par classe, de la proportion du paysage occupée par chaque classe (PLAND), de la richesse (PR) et de la diversité (SHDI) paysagère dans le temps. Tableau 5. Indices de la composition du paysage aux années 1948, 1987 et 2000. A. Niveau d'analyse: Paysage ANNEE
NP
PR
SHDI
1948
552
9,00
1,92
1987
506
9,00
1,85
2000
327
9,00
1,80
B. Niveau d'analyse: Classe Culture
ANNEE NP
CA
Plantation
PLAND
LPI
NP
CA
Haie
PLAND
LPI
NP
CA
Prairie
PLAND
LPI
NP
CA
PLAND
LPI
1948
86
393,2
12,1
1,7
4
79,7
2,5
2,0
24
7,9
0,2
0,0
33
870,6
26,9
16,5
1987
90
327,7
10,1
1,1
21
211,0
6,5
1,6
79
18,1
0,6
0,0
60
724,9
22,4
9,5
2000
68
178,5
5,5
0,9
21
240,9
7,4
1,6
124
22,8
0,7
0,0
103
965,5
29,8
9,7
Forêt
ANNEE NP
CA
Déprise agricole
PLAND
LPI
NP
CA
PLAND
Broussaillement LPI
NP
CA
PLAND
Friche LPI
NP
CA
PLAND
LPI
1948
50
631,4
19,5
13,7
52
347,8
10,7
1,7
34
601,7
18,6
4,8
36
265,2
8,2
1,1
1987
48
763,4
23,6
16,3
90
366,9
11,3
2,1
51
510,5
15,8
2,0
54
267,2
8,2
1,2
2000
46
913,1
28,2
19,1
70
196,5
6,1
1,0
50
428,9
13,2
3,3
53
242,8
7,5
1,0
NP (Number of Patches); CA (ha) (Class area); PLAND (%) (Percentage of Landscape); LPI (%) (Largest Patch Index); PR (Patch Richness); SHDI (Shannon Diversity Index).
Au niveau global du paysage (A), les résultats soulignent une tendance à l’homogénéisation. Entre 1948 et 2000, le nombre de taches (NP) s’est réduit de 40 %. Même si la richesse (PR) est toujours représentée par neuf classes de types d’occupation du sol, l’Indice de Diversité (SHDI) diminue, en présentant une simplification de la structure à travers la réduction de l’hétérogénéité. L’analyse au niveau des classes (B) révèle que cette homogénéisation est liée au processus de boisement au détriment des terrains agricoles. Entre 1948 et 2000, le nombre (PN), la surface (CA ; PLAND) et la taille des cultures (LPI) se sont réduits considérablement. Par contre, la proportion du paysage occupée par la forêt (PLAND) s’est accrue de 10 %. De même, les surfaces arborées se sont compactées ; une seule tache occupait en 2000 19 % du paysage (LPI). Le développement des prairies est aussi
- 29 -
remarquable . Toutefois, en dépit d’un accroissement modéré de leur surface (3 %) entre 1948 et 2000 les prairies ont triplé leur nombre. Cette tendance au pâturage intensif est représentée aussi par la réduction de la taille des parcelles herbacées (LPI) ainsi que par la prolifération des haies. Ces résultats décrivant la composition du paysage coïncident avec ceux obtenus antérieurement à partir de l’analyse qualitative. Cependant, il existe certains aspects concernant la configuration (arrangement spatial des taches qui composent le paysage) qu’il est nécessaire de mesurer. Les Tableaux 6 et 7 présentent les métriques de la configuration du paysage en tant que processus de fragmentation / fermeture et de agrégation / désagrégation respectivement. b. La mesure de la fragmentation. A l’échelle des classes d’occupation du sol s’observe un processus global de fragmentation du paysage (Tableau 6). La comparaison entre NP, MPS et ED de cultures et prairies tout en long de la période d’étude indique la segmentation et la réduction des surfaces cultivées en faveur des prairies fortement fragmentées. La diminution de la surface moyenne des cultures (MPS) indique une certaine fragmentation, même si le nombre de taches (NP) et en conséquence la densité de contours (ED) s’est réduit. Cependant, le haut degré de fragmentation de l’espace agricole est représenté par le fort accroissement des prairies (NP +70) accompagné d’une forte réduction de leur surface moyenne (MPS) ainsi que d’une augmentation de la densité des contours (ED). Tableau 6. Indices de Fragmentation / Fermeture du paysage aux années 1948, 1987 et 2000. Culture
Plantation
Haie
Prairie
ANNEE NP
MPS
CV
ED
NP
MPS
CV
ED
NP
MPS
CV
ED
NP
MPS
CV
ED
1948
86
4,6
205,4
32,6
4
19,9
126,4
2,1
24
0,3
106,7
4,5
33
26,4
352,8
26,3
1987 2000
90 68
3,6 2,6
162,3 157,7
32,5 21,2
21 21
10,0 11,5
143,0 135,4
10,1 11,4
79 124
0,2 0,2
103,8 138,4
11,6 16,3
60 103
12,1 9,4
366,3 397,6
28,0 47,0
Forêt
Déprise agricole
Broussaillement
Friche
ANNEE NP 1948 1987 2000
MPS
CV
ED
NP
MPS
CV
ED
NP
MPS
CV
ED
NP
MPS
CV
ED
50
13,7
468,3
33,5
52
6,7
171,9
27,2
34
17,7
178,2
27,8
36
7,4
93,7
19,9
48 46
15,9 18,3
471,3 473,9
42,1 51,4
90 70
4,1 2,8
204,8 188,5
34,2 20,8
51 50
10,0 8,6
181,4 208,5
30,1 27,6
54 53
4,9 4,6
137,6 128,3
24,7 25,2
NP (Number of Patches); MPS (Mean Patch Size); CV (Coefficient of Variation); ED (Edge Density).
La fragmentation du paysage est représentée aussi par l’enfrichement progressif. L’accroissement du nombre de taches (NP) et de la densité des contours (ED) des friches et broussailles, ainsi que la diminution de leur surface moyenne (MPS), soulignent un niveau élevé de segmentation du paysage en plusieurs zones abandonnées (Tableau 6). Pourtant, ces processus de fragmentation sont contraires à un autre processus de fermeture du paysage lié au développement de la forêt. Entre 1948 et 2000 le nombre de taches arborées (NP) a diminué en opposition avec l’augmentation de la densité des contours (ED) (Tableau 6). Cela reflète une tendance à la compactation, réaffirmée par l’accroissement de leur surface moyenne (MPS).
- 30 -
c. La mesure de l’agrégation. La configuration de la structure du paysage est mesurée par rapport aux processus d’agrégation / désagrégation des types d’occupation du sol (Tableau 7) . Ces processus déterminent les potentialités d’expansion, de pénétration, de colonisation et de diffusion de perturbations entre des types différents. A l’échelle du paysage (A), on observe une forte agrégation des classes en taches compactes (AI) ainsi qu’une forte adjacence entre classes différentes (IJI). Les valeurs élevées de AI et IJI se traduisent par une valeur moyenne de CONTAG (tendance des classes à être spatialement agrégées). En effet, alors qu’AI (compacité des taches) et IJI (distribution de l’adjacence entre classes) augmentent, l’agrégation des classes diminue. L’indice CONTAG est aussi affecté par l’indice ED. Les fortes valeurs d’ED indiquent que le paysage n’est pas dominé par une classe unique et en conséquence, le processus de contagion est réduit. L’augmentation de la contagion en 2000 est une conséquence de la diminution d’IJI, même si elle est accompagnée d’une augmentation d’ED. Tableau 7. Indices d’Agrégation / Désagrégation du paysage aux années 1948, 1987 et 2000. A. Niveau d'analyse: Paysage ANNEE
AI
IJI
CONTAG
ED
1948
96,96
85,05
54,78
98,87
1987
97,06
90,98
52,08
120,60
2000
97,60
87,77
54,50
124,38
B. Niveau d'analyse: Classe Culture
ANNEE
Plantation
AI
IJI
ED
1948
96,56
86,12
32,6
1987
95,89
90,29
2000
95,10
88,72
AI
IJI
1948
98,00
87,34
33,5
1987
97,91
91,94
2000
97,84
88,36
SHAPE
IJI
1,77
99,13
36,85
2,1
32,5
1,82
98,05
80,98
21,2
1,81
98,19
77,77
Forêt
ANNEE
Haie
AI
ED
SHAPE
IJI
1,60
78,34
56,24
4,5
10,1
1,70
74,89
70,99
11,4
1,68
71,51
64,52
Déprise agricole ED
SHAPE
Prairie
AI
AI
IJI
ED
1,93
96,90
81,19
27,2
42,1
2,06
96,28
93,29
51,4
2,15
95,73
92,88
ED
SHAPE
AI
IJI
2,52
98,71
87,66
26,3
1,98
11,6
2,35
98,38
92,59
28,0
1,88
16,3
2,34
97,96
88,35
47,0
1,85
AI
IJI
Broussaillement SHAPE
ED
ED
SHAPE
Friche
AI
IJI
SHAPE
1,88
98,25
81,13
27,8
1,89
97,23
72,86
ED 19,9
SHAPE 1,75
34,2
1,78
97,79
82,82
30,1
1,89
96,45
81,89
24,7
1,84
20,8
1,75
97,55
80,72
27,6
1,82
96,03
71,51
25,2
1,92
AI (Aggregation Index); IJI (Interspersion/Juxtaposition Index); TE (Total Edge); SHAPE; CONTAG (Contagion).
A l’échelle de la classe (B), ces résultats sont encore plus représentatifs. L’AI indique une forte compacité des taches pour la plupart des types d’occupation du sol, caractéristique qui ne reflète pas de grandes variations dans le temps. Cependant, si l’on considère l’agrégation entre des types différents d’occupation du sol (IJI) et l’évolution de la forme moyenne de leurs taches (SHAPE), certaines différences émergent. Les déprises, la forêt, les prairies et les cultures fournissent en 2000 l’indice IJI le plus élevé, valeur qui s’est accrûe par rapport à 1948. Cela indique que ces zones sont en 2000 plus agrégées et interconnectées aux autres types d’occupation du sol. L’indice de forme (SHAPE) des prairies et des déprises montre une tendance à la simplification de la forme des taches. D’autre part, ED indique qu’en 2000, cette rectification de la forme est accompagnée par une compacité des terrains abandonnés et par une fragmentation des prairies. Les cultures montrent également une tendance à la fragmentation, bien que
- 31 -
leur forme est devenue plus complexe. Dans le cas de la forêt, ED s’est accrue considérablement, ainsi que la forme des surfaces arborées a gagné en complexité. La relation entre IJI, ED et SHAPE permet d’identifier les types d’occupation du sol les plus susceptibles de contribuer aux processus de colonisation et de diffusion. Les fortes valeurs d’IJI indiquent une forte potentialité de perturbations entre types d’occupation du sol adjacents, alors que ED et SHAPE expriment le degré de fragmentation / compactation et de complexité des contours promouvant des processus de pénétration et de colonisation. Prairies et cultures sont contrôlé es par leur forme plutôt carrée. C’est les forêts qui représentent les potentialités les plus fortes de pénétration grâce à la complexité de leur forme et l’expansion de la surface couverte par des arbres, en favorisant la colonisation et la pénétration du bois dans les surfaces adjacentes. En résumée, l’ensemble des résultats obtenus indique que l’état de la structure du paysage pendant les dernières 50 années a fortement évolué. Entre 1948 et 1987, le paysage s’est transformé et est passé d’un paysage plutôt rural, dominé par des cultures et prairies, à un paysage dominé par des terrains dégradés et par l’extension des bois et des broussailles. Entre 1987 et 2000, même si certains de ces terrains dégradés ont été récupérés par le secteur rural, le recul agricole s’est accru et la progression déprise –> broussaille –> friche s’est maintenue. La forêt a également continué à s’étendre, en colonisant des terrains couverts par des friches, des broussailles, des déprises et des prairies. Ces transformations ont conduit à un processus de simplification du paysage représenté par un réduction du nombre de taches et donc de l’hétérogénéité. Ce processus d’homogénéisation a été accompagné par un processus de fragmentation du paysage agricole, ains i que par des processus de fermeture et de contagion liés à l’expansion de la forêt.
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TROISIÈME PARTIE
Discussion
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1. Discussion des aspects méthodologiques. L’ensemble des données, des outils et des méthodes d’analyse employées a conduit, en général, à l’obtention de résultats de bonne qualité, précis et fiables. Cependant, dans certains cas, leur qualité, leur nature et leur degré de complexité, ont représenté quelques avantages ou inconvénients, de même que différents niveaux de difficulté. En ce qui concerne les données, la qualité irrégulière, l’inégalité d’échelle, ainsi que le format différent des photographies aériennes entre les années 1948, 1987 et 2000, ont générés des difficultés spécifiques. En premier lieu, la qualité des photographies de 1948 et 2000 est fortement dissemblable. La faible qualité des clichés de 1948 a rendu difficile leur orthorectification, ainsi que leur interprétation. De plus , les clichés de 1948 et de 1987 étant en noir et blanc, cela a rendu le travail d’ identification des types d’occupation du sol plus difficile que celle réalisée à partir des photographies couleur à haute définition de l’année 2000. En deuxième lie u, la différence des échelles entre les photographies de 1987 (1 :25.000) et celles de 1948 et 2000 (1 :17.000), a été corrigée par l’ajustement de l’échelle de digitalisation au 1 : 5.000. De surcroît , la taille réduite des photographies de 1948 (170 x 120 mm) par rapport à celles de 1987 (230 x 230 mm), a ralenti le travail d’orthorectification au fait du plus grand nombre de clichés à corriger. D’autre part, les outils d’analyse utilisés n’ont présenté que des avantages. Même si l’utilisation de la dernière version d’ArcGIS a nécessité un travail préliminaire de formation aux nouveautés du logiciel, son application à l’analyse de la structure et de la dynamique du paysage a facilité considérablement le travail. En effet, sa complexité est diminuée grâce à la présence de plusieurs applications qui permettent de travailler dans un même environnement tant en évitant l’exportation des données vers d’autres logiciels. Parallèlement, l’utilisation du logiciel Fragstats dans l’analyse quantitative du paysage a été aussi très avantageuse. La simplicité d’utilisation du logiciel, s’accompagne de sa grande compatibilité, sa large gamme d’indices et de métriques d’écologie du paysage, sa précision dans le calcul, et de la intégration d’un guide des utilisateurs contenant une base théorique très complète. Finalement, la complexité des techniques d’écologie du paysage nécessite un grand approfondissement de connaissances issues d’un large contexte interdisciplinaire. Le timing très court pour la réalisation du travail a empêché d’approfondir la recherche parmi les nombreux aspects de cette discipline. En conséquence, dans cette étude, seul les concepts généraux ont été explorés. Ils serviront de base aux recherches futures.
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2. Discussion des résultats. Les principales transformations de la structure du paysage enregistrées dans les dernières 50 années sont présentées et classifiées dans le Tableau 8, qui met en relation les dimensions spatiale et temporelle des changements. Dans cette classification, les transformations sont vues comme des processus spatiotemporels continus, concernant l’état de la structure et son évolution dans le temps. Par ailleurs, la présence de processus continus permet de prédire ceux-ci opérant au futur. Tableau 8. Processus internes du paysage en fonction de l’espace et le temps. Echelle Spatiale
Echelle temporelle PASSE
PRESENT
Changements internes de la structure agraire : processus de déstructuration, de fragmentation et de dégradation du système agricole.
Restructuration et contraction de l’espace rural : recul agricole, développement des prairies intensives et récupération des terrains en abandon.
Restructuration des activités économiques : développement de la sylviculture.
Poursuite des activités agro forestières.
Paysage Seminaturel a Systèmes en transition
Forte tendance à l’enfrichement : ’évolution des terrains agricoles abandonnés en broussailles, et passage des terrains embroussaillés à friches.
Poursuite de la tendance à l’enfrichement, même si il existe un ralentissement de la progres sion déprise -broussaille -friche.
Recul des terrains dégradés par réincorporation au secteur rural ou par passage définitif au boisement.
Paysage Seminaturel a Systèmes forestiers
Forte tendance au boisement : expansion des surfaces arborées sur des terrains herbacés et enfrichés.
Les surfaces arborées constituent le dernier degré de la progression déprise -broussaille -friche. La forêt continue à s’étendre.
Incessante expansion de la forêt. Elargissement et compactation des surfaces arborées.
Tendance à la fragmentation au détriment d’un paysage hétérogène représenté par des unités diversifiées et compactes .
Paysage fragmenté qui tend à l’homogénéisation et à la fermeture.
Homogénéisation du patron pay sager : simplification et fermeture du paysage.
Paysage Culturel a Systèmes agricoles et agroforestiers
Paysage Global
b
FUTUR Forte contraction de l’espace agricole. Progression des plantations et prairies.
a) Echelle locale / régionale ; b) Echelle globale.
Les transformations du paysage culturel peuvent être attribués à la présence de deux périodes traduites par une déstructuration - restructuration du modèle économique et donc par des changements dans l’utilisation des terres. Dans une première étape, on assiste à une déstructuration du secteur rural, liée à l’usure du modèle foncier. Ce processus a conduit à un fort abandon des terrains agricoles, et a également incité au développement d’une nouvelle activité économique représentée par la sylviculture. La deuxième étape comprend la restructuration de l’espace agricole , représentée par une réduction considérable des surfaces cultivées et par une réorganisation du secteur autour de l’élevage intensif. Les processus de déstructuration – restructuration rurale ont déterminé deux types de mutation de la superficie agricole , qui dans les deux cas, s’est réduite sous l’effet de multiples transformations. La déstructuration a mené à une forte dégradation de l’espace agricole et à la prolifération de terrains en
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déprise. La restructuration postérieure du secteur a conduit à la contraction de l’espace agricole, représentée par le recul des surfaces cultivées. Les transformations du paysage culturel se répercutent directement sur les paysages seminaturels en constituant la cause des mutations enregistrées par ces derniers. Au même temps, ces mutations influencent ou accélèrent les processus de transformation de ces premiers. Dans le bassin versant de La Voireuze, les changements des modes d’utilisation du sol enregistrés entre 1948 et 2000 ont mené à une revégétalisation étendue. Elle est représentée par l’accroissement des terrains dégradés et par l’expansion de la forêt, ce qui a simplifié la structure du paysage considérablement. Dans les dernières 50 années, la progression successive déprise –> broussaille –> friche est toujours présente. Cette progression peut représenter une dynamique de l’abandon et du développement non maîtrisé des végétaux indésirables, ou bien elle peut être le reflet d’un processus de sélection d’espaces en faveur du développement de la forêt. Selon les années, la transformation végétale a été plus ou moins rapide. Avant d’arriver à l’état de forêt, la progression déprise –> broussaille –> friche est passée par des multiples étapes intermédiaires. D’auprès Diry et Mignon (2000), en général, les terrains abandonnés se couvrent d’arbustes pionniers et de jeunes arbres dans les dix premières années. Cette couverture se diversifie et s’enrichit d’espèces, et en trente ans, la lande fait place à la friche arborée. Le poids des espaces en voie d’enfrichement a été variable. La déprise agricole, géographiquement concentrée entre les broussailles et les parcelles bien tenues, a été dominante entre les années 50 et 80, alors qu’a cours des années 90, ces terrains abandonnés ont été récupérés par le secteur agricole ou bien ont poursuit l’évolution en broussailles et friches. Depuis 1948, les parcelles embroussaillées ont toujours eu un poids prépondérant au sein des terrains dégradés. La friche, définie comme le dernier état de dégradation avant le passage à la forêt, apparaît la plupart des fois diffuse, en occupant surfaces réduites et concentrées entre la forêt et les broussailles. D’autre part, l’enfrichement vers le boisement et la dégradation agricole constituent des processus parallèles. En tant que les bois et les terrains dégradés s’étendent, l’espace encore exploité est menacé par la progression de broussailles et par des processus d’inversement. Ainsi, l’espace agricole recule sous la pression des broussailles, des friches et des bois. Quand le territoire agricole se trouve de plus en plus contraint par la progression forestière, le phénomène de déprise s’accroît. Il existe donc un passage de la contraction à la dégradation agricole en réponse à l’évolution progressive du paysage seminaturel. L’ombre, l’acidification du sol et la diffusion spontanée des arbustes créent les conditions pour la colonisation forestière, qui par contagion, dégrade les espaces agricoles (Diry et Mignon, 2000). Cette analyse préliminaire représente une évaluation des changements du patron de paysage, vus comme des processus continus dans l’espace et dans le temps. Cependant, une meilleure compréhension des
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changements environnementaux et leurs mécanismes, exige l’analyse des processus spatiotemporels qui sont à la base des transformations. Ces processus sont évalués à l’échelle locale / régionale et à l’échelle globale du paysage (Mendonça Santos et Claramunt, 2001). Les Figures 10 et 11 expriment leur dynamique sur les deux échelles respectivement. A l’échelle locale / régionale , plusieurs processus ont été identifiés (Figure 10). L’expansion (accroissement de la surface d’une région homogène) et la contraction (évolution contraire) constituent des processus parallèles en tant que l’expansion d’un mode d’occupation du sol implique toujours la contraction d’un autre (Mendonça Santos et Claramunt, 2001). C’est le cas des processus d’expansion de la forêt et des terrains enfrichés qui conduisent au recul des surfaces agricoles.
Figure 10. Processus de changement du paysage opérant à l’échelle locale / régionale. D’après Mendonça Santos et Claramunt (2001).
D’ailleurs, les processus de domination (un mode d’occupation du sol domine sur une région qui était couverte par un mode différent) constituent le stade supérieur des processus d’invasion (un mode d’occupation du sol se place sur une région homogène) (Mendonça Santos et Claramunt, 2001). Ainsi, l’invasion des terrains embroussaillés et boisés sur des surfaces antérieurement occupés par le système rural, de même que le placement des nouvelles activités d’élevage et agro forestières, ont conduit à un changement des éléments dominants du paysage. Le caractère plutôt rural du paysage présent dans les années 50 a évolué vers un paysage dominé par les terrains dégradés et par la forêt. Cette tendance à la domination des surfaces végétalisées a impliqué une succession végétale représentée par le développement progressif d’arbustes et d’arbres sur des terrains abandonnées. Les transformations enregistrées à l’échelle locale / régionale déterminent des processus écologiques définis. A l’échelle du paysage global, des processus de fragmentation et de simplification ont été
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reconnus (Figure 11) . La fragmentation constitue le processus le plus courant en écologie du paysage. Il représente la désagrégation des régions homogènes en plusieurs régions séparées et dispersées (Mendonça Santos et Claramunt, 2001). Au cours des dernières années, la superficie agricole, ainsi que les zones dégradées, se sont fortement fragmentées. Ce processus de fragmentation s’est réalisé au détriment d’un ancien paysage hétérogène, composé par des unités diversifiées et compactes. La fragmentation du paysage a été accompagnée par un processus de simplification. La simplification, qui constitue la dominance d’un mode d’occupation du sol par rapport au reste (Mendonça Santos et Claramunt, 2001) , est représentée par la forte expansion de la forêt et la présence de surfaces arborées compactes très étendues occupant des proportions du paysage élevées.
Figure 11. Processus de changement du paysage opérant à l’échelle globale. D’après Mendonça Santos et Claramunt (2001).
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CONCLUSION Cette étude a menée la reconstruction de la structure paysagère et de son évolution sur les dernières 50 années dans le bassin versant de La Voireuze. Elle a révélé que cet espace a connu un changement des propriétés de sa structure, ce qui a engendré une transformation de sa fonction et donc une altération des processus écologiques qu’y se déroulent. L’évolution de la structure s’est traduite par des processus de boisement et d’enfrichement sur les anciennes surfaces agricoles conduisant à une mutation des prairies et des cultures en surfaces boisées et dégradées. Ces changements ont défini des processus parallèles de fragmentation et d’homogénéisation (fermeture) du paysage. L’ensemble de processus a entraîné un changement de la fonction du paysage ainsi que de nouvelles relations entre ses composantes. Le paysage agricole des années 50 a donc muté vers un paysage plutôt forestier. Le phénomène de contraction de l’espace rural et la fragmentation du paysage en plusieurs stades de terrains dégradés a favorisé l’expansion des surfaces boisées. L’étude constitue une approche générale des thématiques et des échelles d’analyse conduisant à une synthèse des propriétés et de la dynamique du paysage. Cette étude ne s’est donc pas totalement concrétisée. Les paramètres à prendre en compte, en plus d’être nombreux, constituent le domaine de plusieurs disciplines. La simplicité de ce travail propose, en effet, des résultats et des perspectives générales qui méritent d’être explorées dans le futur. Une initiative pour des études futures peut-être l’analyse des différences internes du paysage à partir de son découpage en zones où les changements identifiés ont le poids le plus fort. L’analyse détaillée des transformations, permettrait d’identifier des conséquences environnementales spécifiques. Ainsi, l’analyse centrée sur la réponse et les mécanismes d’adaptation aux changements du paysage des systèmes particuliers constituerait une étude approfondie présentant un contexte de gestion plus précis. Comme axe de recherche futur, l’étude de couplage versant-vallée pour l’identification des ajustements des hydrosystèmes aux processus d’abandon agricole et de végétalisation des versants, peut être proposée. Le reboisement des versants et des berges mène à une réduction dans la provision de sédiments amont-aval ainsi que versant-vallée. L’un des ajustements le plus courant des cours d’eau à cette perturbation est l’incision du lit et donc l’encaissement en profondeur et le rétrécissement en largeur. En considérant la nature du paysage dans le bassin versant de La Voireuze, ainsi que son évolution au cours des dernières 50 années, on peut présumer une transformation de la dynamique fluviale à travers de l’ajustement des rivières à ces perturbations.
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RESUME Cette étude présente la reconstruction historique de la structure du paysage et ses changements au cours des dernières 50 années dans le basin versant de La Voireuze, affluent de l’Alagnon. L’état de la structure du paysage et de son évolution dans le temps sont étudiés à travers la combinaison des techniques issues de l’écologie du paysage et des SIG. Trois séries de photographies aériennes (IGN) correspondant aux années 1948, 1987 et 2000 ont été utilisées comme la base de l’analyse du paysage. Des méthodes différentes comme : le géoréférencement des clichés orthorectifiés, la digitalisation, la corrélation spatiale et la superposition des cartes, ont été intégrées dans un SIG (ArcMap) contribuant à l’analyse qualitative de la structure et de la dynamique. Par ailleurs, un ensemble de treize indices issus de l’écologie du paysage ont été sélectionnés pour l’analyse quantitative du paysage à l’aide du logiciel Fragstats. Ces indices intègrent la mesure de la composition et de la configuration paysagère. Plusieurs transformations spatiotemporelles du paysage ont été reconnues, liées aux changements affectant le patron des modes d’occupation du sol. Les principaux processus de transformation du paysage ont été identifiés comme provenant de la régression des surfaces agricoles, et de la progression des terrains dégradés et de la forêt. Cette évolution a été accompagnée des processus parallèles de fragmentation et d’homogénéisation du paysage. Mots clés : Paysage, structure, dynamique, modes d’occupation du sol, SIG, écologie du paysage, indices.
ABSTRACT This study presents the historical reconstruction of the landscape structure and its changes during the last 50 years in River Basin La Voireuze (French Massif Central). Landscape structure and landscape evolution are recognized by combining Landscape Ecology analysis and GIS. Three sets of aerial photography (IGN) of 1948, 1987 and 2000 were used as a basis of landscape analysis. Methods from photo-georeference, digitalisation, spatial correlation and map superposition were integrated within a GIS (ArcMap) in order to study the landscape structure and landscape evolution. Otherwise, a set of 13 landscape ecology metrics was selected to analyse quantitative changes by using the software FRAGSTATS. These metrics integrate both landscape composition and landscape configuration measurement. Several spatial and temporal landscape transformations were found. They are associated with changes in patterns of land use types. The main processes of landscape change were represented by rural surfaces regression, and badlands and forest progression. The evolution has also defined processes of landscape fragmentation and simplification. Keywords: Landscape, structure, change, land cover, GIS, Landscape Ecology, metrics.
RESUMEN El presente trabajo exhibe la reconstrucción de la estructura del paisaje y sus mutaciones durante los últimos 50 años en la cuenca del arroyo La Voireuze. El estado de la estructura y su evolución en el tiempo fueron reconocidos gracias a la combinación de métodos propios de la Ecología del Paisaje y SIG. Tres series de fotografías aéreas (IGN) fueron utilizadas como base del análisis del paisaje. Para el análisis cualitativo de la estructura y de la dinámica, diferentes métodos como fotoreferenciación, digitalización, correlación espacial y superposición de mapas, fueron integrados en un SIG (ArcMap). Por otra parte, trece índices de Ecología de Paisaje fueron seleccionados para el análisis cuantitativo del paisaje a través del programa Fragstats. Varias transformaciones espaciotemporales del paisaje fueron reconocidas, en asociación con cambios de patrones de uso del suelo. Los principales procesos de transformación del paisaje constituyen la regresión de la superficie agrícola, así como la progresión de bosques y de terrenos degradados. Esta evolución de modos de uso del suelo condujo procesos paralelos de fragmentación y de simplificación del paisaje. Palabras clave: Paisaje, estructura, dinámica, Ecología del Paisaje, usos del suelo, SIG, índices.
