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La Surveillance Écologique :
Méthodologie de collecte des données écologiques (sol -
végétation) sur stations permanentes
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INTRODUCTION AU MODULE 5
Agenda
Module 5 : durée 4 heures 30
MATIN
08h30 – 08h40 Introduction du module 5
08h40 – 09h40 Travaux de groupes : Utilisation des COT et autres critères pour l’échantillonnage écologique
09h40 – 10h00 Restitution des travaux de groupes et discussion
10h00 – 10h30 Pause-café
10h30 – 10h50 Choix des stations permanentes : récapitulatif des principaux critères
10h50 – 11h30 Travaux de groupes : Quelles sont les données à collecter pour aboutir au kit minimum d’indicateurs à calculer (pour les DNSE) ?Quelles méthodes de collecte des données ?
12h40 – 13h00 Rappel des principales méthodes à utiliser pour collecter les données du kit minimum selon une approche harmonisée
13h00 Déjeuner
Module 5 (suite) : durée 3 heures 30
APRES MIDI
14h30 – 15h30 Exercice pratique en groupes : mise en place d’une station permanente et collecte des données en extérieur (repérage GPS, points quadrat et aire minimale)
15h30 – 16h00 Restitution des travaux de groupes
16h00 – 16h30 Pause-café
16h30 – 17h40 Discussion structurée en plénière : échanges d’expérience sur la mise en place de la station et dans la réalisation des mesures (saisonnalité, répétitivité, difficultés, limites et contraintes…)
17h40 – 18h00 Récapitulatif des leçons tirées pour mettre en place une station permanente et réaliser les mesures
18h00 Clôture de la journée
Agenda
Comment mettre en place d’un dispositif de surveillance à long
terme sur le terrain
Procéder à l’échantillonnage écologique
Choisir les stations permanentes
Collecter les données :Quelles méthodes ? Pour quel indicateurs ?Notions de kit minimum de données et de
kit minimum d’indicateurs
L’échantillonnage écologique stratifié
Ou
Comment mettre en place un dispositif pertinent de stations permanentes de surveillance ?
Travail en groupe
L’échantillonnage écologique stratifiéOu
Comment mettre en place un dispositif pertinent de stations permanentes de surveillance ?
Restitution des travaux de groupe
Pause café
Stratégie d’échantillonnage standardisée pour mettre en place un dispositif de
surveillance
Deux objectifs :
1. recueillir des données à un instant t0 sur plusieurs stations permanentes de surveillance afin de comparer à ce temps t0 l’évolution des variables sur ces stations (étude synchronique)
2. établir les fondements d’une surveillance à long terme en installant des stations permanentes de collecte des données (étude diachronique)
Principes généraux d’échantillonnage
Le dispositif d’échantillonnage
doit être établi le plus tôt possible en prévision de la construction d’indicateurs
doit permettre la compatibilité des niveaux de perception entre les systèmes socio-économiques et biophysiques
doit permettre de prendre en compte des paramètres intervenant aux différentes échelles
Principes généraux d’échantillonnage
Le dispositif d’échantillonnage
doit favoriser la recherche des relations entre les paramètres identifiés et / ou mesurés et les
images aériennes et satellitaires
Spatialisation des résultats et actualisation des faits dynamiques
Le dispositif d’échantillonnage
doit être léger en terme de temps et de coût avec des mesures et des observations simples et
reproductibles pour assurer la fiabilité et la pérennité d’ensemble du réseau
d’observatoires
Principes généraux d’échantillonnage
Élaboration du « kit minimum de données DNSE »
et du « kit minimum de données
observatoires »
Principes généraux d’échantillonnage
Le dispositif d’échantillonnage doit répondre aux critères suivants :
la délimitation du territoire de l’observatoire : découpage administratif ou sociologique de
l’espace
l’échantillonnage stratifié selon les catégories de l’utilisation des sols (CUS) que selon les unités de cartographies écologiques (COT)
le nombre d’échantillons est fonction des compétences et de la disponibilité des équipes responsables des observations
L’échantillonnage stratifié
Principe 1 :
Rassembler tous les données disponibles
Rechercher et valoriser toutes les cartographies disponibles et les informations des rapports essentielles à la compréhension des relations
sol-climat-végétation et population – environnement
Utiliser les COT et CUS réalisées pour l’actuel
L’échantillonnage stratifié
Principe 2 :
Découper l’espace, à échantillonner, en unités ou strates, successives, homogènes vis-à-vis de
quelques paramètres considérés (facteurs actifs de la répartition des plantes)
Premier niveau d’échantillonnage :
échelle du paysage de l’observatoire
L’échantillonnage stratifié
Principe 3 :
Choisir, au sein de chaque unité homogène, un nombre pertinent de sites sur lesquels seront positionnés les stations permanentes
Une strate homogène vis-à-vis d’un premier facteur sera ensuite subdivisée en tenant compte d’un deuxième facteur et ainsi de suite
L’échantillonnage stratifiéPrincipe 3 :
le choix des critères de définition progressive des strates doit tenir compte des gradients écologiques majeurs : gradient climatique, géomorphologique, de pression anthropique, etc.
Suivi des macro-variations dans un espace donné
L’échantillonnage stratifié
ATTENTION
L’échantillonnage doit être impérativement à la fois stratifié et de type probabiliste
Le nombre et la répartition des relevés doit être réfléchi pour ne pas :
– effectuer des relevés inutiles à cause d’une surreprésentation de certaines strates
– privilégier outre mesure les milieux les plus fréquents en ignorant certains milieux moins étendus mais très significatifs sur le plan écologique
L’échantillonnage stratifié
Le nombre de stations permanentes est égal dans toutes les strates présentes sur le territoire de l’observatoire
Echantillonnage optimal
L’échantillonnage stratifié
Les relevés doivent être réalisés en nombre suffisant
Idéal : nombre de relevés = 100 au total pour que les calculs statistiques effectués par la suite soient réellement valides
Dans le cadre d’un DNSE, seules les strates les plus représentatives du territoire de l’observatoire (notamment de l’interaction population – environnement) peuvent être inventoriées
L’échantillonnage stratifié
Au sein de chaque strate, il faudra procéder à un échantillonnage rigoureux mettant en évidence les différents faciès qui feront l’objet d’une surveillance annuelle
Un minimum de 5 répétitions par faciès est indispensable afin de permettre les analyses statistiques ultérieures
Deuxième niveau d’échantillonnage :
échelle des systèmes écologiques de l’observatoire
Rappel : la statistique est non paramétrique ou paramétrique
Statistique non paramétrique :
Analyse des données semi-quatitatives et qualitatives
– Mise en évidence de toute relation monotone (croissante ou décroissante) entre des descripteurs quantitatifs
– Lorsqu’un ou plusieurs descripteurs (quantitatifs) ne sont pas distribués normalement, ou encore que l’on ne veut pas en vérifier la normalité
– lorsque le nombre d’observations est faible
Moins puissante, calculs plus fastidieux mais plus robuste quant aux hypothèses
posées
Rappel : la statistique est non paramétrique ou paramétrique
Statistique paramétrique :
S’applique sur des données quantitatives
Suppose nécessairement que la distribution des individus suive une loi de distribution, le plus souvent la loi normale (ou Loi de Laplace-Gauss)
Suppose qu’il y ait égalité des variances : homoscédasticité des résidus
Rappel : la statistique est non paramétrique ou paramétrique
Dans le cadre des études écologiques au sein d’un observatoire, le nombre de répétition ne pouvant être très élevé en raison du coût que cela engendrerait, les statistiques non paramétriques seront souvent utilisées pour analyser les données
Récapitulons les principes
Echantillonnage aux différentes échelles
Précision du repérage et adaptation des observations en vue de leur utilisation en télédétection
Travail aller-retour constant entre le terrain et les données satellitaires
Favorise les transferts d’échelle et les extrapolations à des régions plus vastes
Récapitulons les principes
Echantillonnage emboîté pour collecter les données caractérisant les systèmes biophysiques et socio-économiques :
– un échantillonnage au niveau du paysage : savanes arborées, savanes herbacées, steppes arborée, steppes à ligneux bas…
– un échantillonnage au niveau des formations végétales / faciès de végétation ou systèmes écologiques : recouvrement de la végétation, états de surface du sol…
– un échantillonnage au niveau des espèces : composition floristique et richesse spécifique
Chaque niveau correspondant une série de mesures
Les étapes à suivre pour la réalisation de l’échantillonnage
1. Se baser sur la caractérisation initiale de la zone d’étude : COT / CUS
La valorisation de données historiques à partir des données bibliographiques :
– cartographies thématiques disponibles : pédo-géomorphologique, de végétation, occupation des terres, utilisation des sols, infrastructures liées à la population (villages, lieux-dits, pistes…), foncier…
– documents bibliographiques divers : contexte biogéographique, règles foncières, climat, hydrologie, histoire des populations (ethnies, tribus…), milieu biologique
Les étapes à suivre pour la réalisation de l’échantillonnage
1. Se baser sur la caractérisation initiale de la zone d’étude : COT / CUS
L’élaboration d’une cartographie actuelle de base– La cartographie de l’occupation des terres actuelle– La cartographie de l’extension des cultures
Une série d’enquêtes inventaire de la population analyse historique du peuplement de la zone identification des principaux systèmes de production et,
des unités de pratiques (d’exploitation) identification des espèces utiles (fourragères,
médicinales…) analyse de la perception par les population de la qualité
de leur environnement, de son évolution dans le temps
Les étapes à suivre pour la réalisation de l’échantillonnage
2. Choix d’un ensemble de stations permanentes
Sur la base des informations disponibles issues de la caractérisation initiale de la zone d’étude et en particulier la COT
Un ensemble de sites sera choisis le long de gradients écologiques et d’utilisation des sols
2. Choix d’un ensemble de stations permanentes
Disposer d’un « écosystème de référence » : norme permettant de comparer et d’évaluer l’état d’un écosystème donné à son (ou ses) état(s) antérieur(s) servant de référence
Choisir un ensemble de stations que l’on puisse classer dans une hiérarchie de degrés, supposés croissants, de pression (anthropique, climatique…)
Positionner les stations le long de gradients environnementaux pour favoriser la comparaison des stations entre elles selon une approche synchronique
Les étapes à suivre pour la réalisation de l’échantillonnage
2. Choix d’un ensemble de stations permanentes
Prospections de terrain
Établissement de fiches descriptives des milieux : grille d’évaluation guidant le choix futur des stations permanentes de collecte des données, y incluant les stations permanentes éventuellement déjà installées et les stations complémentaires nécessaires au dispositif
Les étapes à suivre pour la réalisation de l’échantillonnage
2. Choix d’un ensemble de stations permanentes
Choix restreint de stations tests
Choix de stations tests représentatives des interactions usages/ressources de la zone d’étude
Stations tests homogènes
Les étapes à suivre pour la réalisation de l’échantillonnage
Quelques définitions
Une station écologique est « une surface où les conditions écologiques sont homogènes et où la végétation est uniforme »
« Une station est homogène lorsque chaque espèce peut y trouver des conditions de vie équivalentes d’une extrémité à l’autre… et dans toute son étendue »
2. Choix d’un ensemble de stations permanentes
Veiller à avoir une bonne représentation des différentes classes de variables
Avoir pour chaque situation au moins 5 répétitions permettant ainsi les analyses statistiques
Les étapes à suivre pour la réalisation de l’échantillonnage
2. Choix d’un ensemble de stations permanentes
Des adaptations au cours du temps, lorsqu’on observe un changement évident : reconstitution du couvert végétal / dégradation
Nécessité d’avoir des dispositifs comparatifs contrôlés pour des analyses diachroniques récurrentes
Les étapes à suivre pour la réalisation de l’échantillonnage
Récapitulatif des étapes pour la mise en place des stations
permanentesA.Stratification
• stratification du paysage à partir des COT et CUS : – découper le paysage en unités paysagères selon la
topographie et la géomorphologie– dans chaque grande unité paysagère, identifier toutes les
formations végétales
• stratification au sein des formations végétales pour distinguer les différents faciès de végétation (ou système écologique)
• stratification au niveau spécifique (composition floristique) qui se fait simultanément à la stratification des faciès de végétation
Récapitulatif des étapes pour la mise en place des stations
permanentesB. Choix des stations
• Choisir des stations dans chaque unité paysagère
• Dans chaque unité paysagère, choisir des stations homogènes pour comparer l’évolution des formations végétales le long de gradients environnementaux
• Pour chaque formation végétale, choisir des stations représentatives de tous les faciès de végétation
• Pour chaque faciès, choisir 5 stations (correspondant aux répétitions)
Récapitulatif des étapes pour la mise en place des stations
permanentesB. Choix des stations
• Idéalement, il faut avoir tous les faciès correspondant à la succession dynamique de la végétation : un faciès en bon état (écosystème de référence), un faciès moyen et un faciès dégradé
Ex : Suivi de l’évolution de deux steppes en Tunisie :• la steppe à Rhanterium suaveolens• la steppe à Armoise blanche
Pour chaque steppe, on sait qu’il existe 3 faciès (en bon état, moyennement dégradé et dégradé)
On choisit donc pour chaque steppe 3*5 (répétitions) = 15 stations de mesure permanentesAu total nous aurons 15*2 = 30 stations permanentes dans la plaine
Découpages biophysiques
c : selon un découpage écologique du territoire de l’observatoire
Sites de mesure actuels (stations ou parcelles)
d : n sites selon la compatibilité équipe scientifique et caractéristiques du territoire
Limites administratives ou coutumières
a, b : selon un découpage du territoire de l’observatoirelié à l’homme
e : sur des sites de mesures anciens
Sites de mesure anciens (stations ou parcelles)
Villages, centres ruraux
Campements
Points d’eau
Transects
f : le long d’un gradient
Découpages biophysiques
c : selon un découpage écologique du territoire de l’observatoire
Découpages biophysiques
c : selon un découpage écologique du territoire de l’observatoire
Découpages biophysiques
c : selon un découpage écologique du territoire de l’observatoire
Découpages biophysiques
c : selon un découpage écologique du territoire de l’observatoire c : selon un découpage écologique du territoire de l’observatoire c : selon un découpage écologique du territoire de l’observatoire
Sites de mesure actuels (stations ou parcelles)
d : n sites selon la compatibilité équipe scientifique et caractéristiques du territoire
Sites de mesure actuels (stations ou parcelles)
d : n sites selon la compatibilité équipe scientifique et caractéristiques du territoire d : n sites selon la compatibilité équipe scientifique et caractéristiques du territoire
Limites administratives ou coutumières
a, b : selon un découpage du territoire de l’observatoirelié à l’homme
Limites administratives ou coutumières
a, b : selon un découpage du territoire de l’observatoirelié à l’hommea, b : selon un découpage du territoire de l’observatoirelié à l’hommea, b : selon un découpage du territoire de l’observatoirelié à l’homme
e : sur des sites de mesures anciens
Sites de mesure anciens (stations ou parcelles)
e : sur des sites de mesures anciense : sur des sites de mesures anciens
Sites de mesure anciens (stations ou parcelles)
Villages, centres rurauxVillages, centres ruraux
CampementsCampementsCampements
Points d’eauPoints d’eauPoints d’eau
Transects
f : le long d’un gradient
Transects
f : le long d’un gradientf : le long d’un gradient
Principes de l'échantillonnage commun vers le dispositif de
surveillance
Méthodologies harmonisées de collecte des données
Chaque station permanente doit faire l’objet d’un repérage précis grâce à un G.P.S
Intégration des coordonnées dans un Système d’Information Géographique
Report des coordonnées géographiques de chacune d’elle sur les cartes, sur les images satellitaires géoréférencées disponibles
Méthodologies harmonisées de collecte des données
Chaque année (ou période de mesure), revenir au point, de manière la plus précise que possible afin d’assurer la pérennité du dispositif de surveillance à long terme
Disposer de repères sur le terrain Repérages pris par rapport à la distance de points fixes (points d’eau) et suivant les directions données par les points cardinaux
Méthodologies harmonisées de collecte des données
Pour élaborer les indicateurs choisis pour les DNSE, il est nécessaire de collecter les données suivantes :
la liste des espèces végétales présentes pour établir la composition floristique exhaustive de la station grâce à la méthode de l’aire minimale
le recouvrement des espèces grâce à la méthode des points quadrats
Recouvrement des différents constituants de la surface du sol (états de surface)
Méthodologies harmonisées de collecte des données
Certains indicateurs tels que la richesse spécifique seront déduits du traitement des données relatives à la composition floristique de la station
La méthode des points quadrats
Principe
Objectif : quantifier les divers éléments de la structure d’une flore, d’une végétation ou encore d’un milieu
Déterminer dans la même opération de terrain et pour une même unité de milieu la composition floristique, la structure horizontale (recouvrement) et verticale (hauteur) de la végétation et les états de surfaces du sol proprement dits
Effectuer des observations (présence) ou mesures (comptages du nombre de contacts) dans la végétation, à intervalles réguliers le long d’une ligne
La méthode se base sur le fait qu’il est possible, lorsque le nombre de points d’observations ou de mesures devient assez élevé, d’assimiler une fréquence à un recouvrement
La méthode des points quadrats
Protocole pratique
Une ligne graduée est tendue dans la végétation
Une aiguille, aussi fine que possible est descendue jusqu’au sol, à intervalles réguliers et repérés dans la végétation, le long de la ligne graduée
Deux personnes (1 lecteur, 1 transcripteur) réalisent le relevé
La méthode des points quadrats
Protocole pratique
A chaque point de lecture, le lecteur suit la ligne de visée le long de l’aiguille descendue dans la végétation et annonce successivement le point de lecture et la liste des éléments qui y sont rencontrés (espèces végétales et/ou états de surface du sol)
Le deuxième observateur reporte les informations sur un bordereau préétabli
A noter encore que les mesures gagnent, en précision, à être effectuées lors de jours sans vent
Principe de l’analyse floristique par la méthode des « points quadrats »
Contacts
Tige de lecture
Piquet
Sol
10 m
Principe de l’analyse floristique par la méthode des « points quadrats »
La longueur de la ligne mais également l’espace entre les points de lecture, le long de la ligne, varient éventuellement en fonction du type de végétation
La distance entre deux points de lecture le long de la ligne est choisie comme étant inférieure au diamètre moyen des végétaux et à la distance qui sépare deux individus de cette végétation
Les intervalles les plus utilisés vont de 5 à 20 cm avec une préférence marquée pour 10 cm
la maille de 10 cm est la plus adaptée au recensement des espèces steppiques
Emplacement de la maille d’échantillonnage inappropriée
Emplacement approprié de la maille d’échantillonnage
Emplacement de la maille d’échantillonnage inappropriéeEmplacement de la maille d’échantillonnage inappropriée
Emplacement approprié de la maille d’échantillonnage Emplacement approprié de la maille d’échantillonnage
Importance du choix de la maille d’échantillonnage
La méthode des points quadrats
ATTENTION
Risque de surestimations, si les aiguilles sont trop grosses
Considérer l’aiguille comme une simple ligne de visée pour effectuer la lecture
La longueur de la ligne doit être déterminée, de façon à obtenir un minimum de 100 points de lecture où de la végétation est présente
Le nombre de points lus croit donc avec la raréfaction du couvert végétal
Cas spécifique : mesures du couvert des ligneux hauts
– Le périscope à miroir d’Emlen : appareil permettant pour les ligneux hauts, d’effectuer des lectures par visée, à l’aplomb des points où, le long de la ligne, sont effectuées les lectures pour les herbacées et les petits buissons
– La projection des couronnes : mesurer, sur une ligne et si possible quand le soleil est au zénith (ou proche du zénith), l’ombre de la couronne ou encore à déterminer les projections de cette même couronne au sol (méthode imprécise)
– Le dénombrement pour l’analyse des ligneux des pâturages : le diamètre de tous les brins des ligneux est mesuré, au centimètre près à chaque observation et espèce par espèce
L’aire minimale
Principe
La notion de relation aire-espèce permet de contrôler la représentativité d’une végétation
Elle est fondée sur la probabilité de la présence d’une espèce dans une portion de l’étendue étudiée
L’aire minimale représentative, de la végétation présente, est une des caractéristiques majeures de chaque type d’unité de milieu
L’aire minimale
Protocole pratique
La procédure pratique consiste, dans une unité considérée, a priori, comme étant homogène et suffisamment étendue, à tirer au hasard un certain nombre d’emplacements où seront effectués les relevés
De manière pratique, le hasard est obtenu, à l’intérieur de l’unité de végétation à étudier, par le jet à l’aveuglette, d’un outil emmanché dont le point de chute établira le démarrage des lectures
L’aire minimale
Protocole pratique
Le relevé consiste à établir la liste floristique sur des placettes de plus en plus grandes : 1, 2, 4, 8, 16, 32 m², etc.
La sommation à chaque étape, des espèces rencontrées, permet d’établir la courbe aire-espèce
Dans la pratique l’on admet souvent la nécessité de pratiquer les mesures sur une superficie double de celle de l’aire minimale ainsi établie
L’aire minimaleL’aire minimale
L’aire minimale
Quelques résultats
Tunisie et Algérie : steppe à chaméphytes aire minimale = 32 m²
Niger : Jachère à Sida cordifolia en défens = 16 m² Jachère à Sida cordifolia pâturées = 60 m²
Déjeuner
Collecte des données
Afin d’assurer la surveillance à long terme des données écologiques et d’identifier les changements écologiques dans le temps :
Les mesures doivent être répétées chaque année sur les mêmes stations
Les mesures doivent être effectuées au minimum une fois par an au moment du pic de la végétation (printemps en Afrique du Nord, été en Afrique de l’Ouest)
Collecte des données
Collecte des données systématique et répétée dans le temps
Traitement des données et leur traduction en termes d’indicateurs écologiques des
changements à long terme
Leçons tirées par les participants suite à l’exercice pratique !
Fin de la session
Merci pour votre participation active et votre attention
A demain !