GEOGRAPHIE HUMAINE

Les « entités paysagères » de Bretagne selon la télédétection

Revue Norois

par Émilie Bourget et Laurence Le Dû-Blayo

extraits/synthèse

1. le contexte

Depuis près de quarante ans, la dégradation de certains paysages, tels le bocage ou les littoraux bretons, ont peu à peu provoqué chez les citoyens et les collectivités territoriales une prise de conscience et une volonté d’action qui tendent vers une gestion plus raisonnée du paysage, et de l’environnement en général. À l’échelle européenne, cette volonté s’est traduite par l’adoption par le Conseil de l’Europe, en 2000 à Florence, de la Convention Européenne du Paysage. Celle-ci définit le paysage comme « 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 ». Pour être gérés et protégés, les paysages doivent d’abord être identifiés, et analysés, ainsi que le précise l’article 6 : chacun des États ayant signé la Convention s’engage notamment à « identifier ses propres paysages, sur l’ensemble de son territoire, à analyser leurs caractéristiques, […] à qualifier les paysages identifiés ».

2. la méthode

La télédétection offre pour la définition des entités paysagères plusieurs avantages spécifiques. En effet, la variété des images proposées permet de travailler de manière multiscalaire (de l’Europe à la communauté de communes) en fonction de la résolution spatiale choisie (du kilomètre au mètre).

La méthodologie développée dans la présente recherche choisit de se baser sur une approche du paysage par télédétection (classification d’une série d’images MODIS et du MNT), tout en s’enrichissant, lors d’étapes ultérieures, des connaissances appartenant aux approches paysagères développées par les différents experts sollicités (bureaux d’étude, services de l’état, comités techniques, etc.) (fig. 1). Différents traitements sont ainsi appliqués à la classification, avant d’être synthétisés visuellement pour obtenir une première carte d’unités paysagères. Celle-ci est ensuite mise en commun et comparée avec les Atlas départementaux en construction, afin de produire une cartographie des ensembles paysagers régionaux en cohérence avec les données départementales.

Une base de données est construite en parallèle au processus, dans l’objectif de garder une trace des données ayant servi à construire la carte de synthèse. Cette base de données permet notamment de cartographier une typologie des limites des entités paysagères, en fonction de leur netteté et leur progressivité. Des données qualitatives (sites inscrits et classés, espaces naturels sensibles, etc.) pouvant enrichir la cartographie des entités paysagères viendront ultérieurement s’intégrer à la base de données, afin de préciser la description des ensembles paysagers.

La typologie des paysages

Pour cette expérimentation sur la Bretagne, la donnée de départ est constituée par la classification d’une série d’images MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer, tableau 2) et des données de pentes et d’altitude du MNT de la Bretagne (résolution spatiale : 50 m), réalisée en 2006 dans le cadre du programme IGCS – Sols de Bretagne conduit par l’INRA de Rennes (Michel et al., 2006 ; Le Dû-Blayo et al., 2008b). Sur le grand Ouest en effet, la classification Corine Land Cover ne permet pas de bien discriminer les paysages agraires, qui sont en très grande majorité compris dans une vaste classe « zones agricoles hétérogènes », d’où le choix de produire une typologie de paysages adaptée. La résolution spatiale du capteur MODIS, de 250 m, le rend en très pertinent pour les études à l’échelle régionale, par la précision de l’information délivrée : chaque pixel couvre 6,25 ha et constitue donc une première synthèse des paysages observés ; de plus la surface couverte n’oblige pas à des mosaïquages contraignants et source d’erreur. Par ailleurs, quatre images satellite prises à différentes saisons ont été analysées par TSA (Analyse de Séries Temporelles) afin de mieux cerner les contrastes paysagers au fil des années.

Tableau 2 : Principales caractéristiques techniques du capteur MODIS Main technical features of MODIS sensor

Tableau 2 : Principales caractéristiques techniques du capteur MODISMain technical features of MODIS sensor

La typologie utilisée met en valeur les contrastes paysagers régionaux, qui sont renforcés par la prise en compte des reliefs (MNT). La carte des types de paysages en Bretagne ainsi produite constitue une première donnée spatialisée qui a été largement diffusée et exploitée par les acteurs privés et publics (GIP Bretagne Environnement, 2008).

Les méthodes de regroupement en unités paysagères

La deuxième phase de traitement consiste donc, à partir de la carte des types de paysages, à effectuer des regroupements en entités homogènes : unités puis ensembles. Plusieurs méthodes ont été mises en œuvre : – Une recherche holistique sur les délimitations, réalisée visuellement, selon les connaissances préalables de l’opérateur (Le Dû-Blayo, 2007). Cette méthode constitue un premier choix facile et rapide à mettre en œuvre pour la définition d’unités paysagères par télédétection (Wilmet, 1981 ; Van Eetvelde et Antrop, 2009) ; elle peut servir de référence pour des comparaisons avec les résultats obtenus par les méthodes automatiques. – Un traitement automatique effectué avec le logiciel ClaPaS (CLAssement de PAysages et Segmentation) (Robbez-Masson, 1994, 1999), qui permet d’obtenir des unités paysagères par agrégation de pixels, et dont l’utilisation se justifie par la similarité des objectifs entre son utilisation de départ sur les pédopaysages et celle qui en est faite dans la présente étude. – Un deuxième traitement automatique, basé lui sur la morphologie des entités paysagères (Le Dû-Blayo et al., 2008a, 2008b), plus expérimental et venant en complément des deux premiers traitements ; il permet également d’obtenir des unités paysagères par agrégation de pixels.

Les trois approches méthodologiques pour l’extraction des unités de paysage sont basées sur la même classification.

Une délimitation visuelle et holistique des unités paysagères

Cette méthode issue de la photo-interprétation est la plus classique et a été mise en œuvre dès les années 1970 par de nombreux géographes (Breyelle et Wilmet, 1975 ; Coudoux, 1986), car elle répond bien à une recherche de synthèse territoriale simple sur des critères multiples complexes (types de paysages, structures paysagères, hétérogénéité, etc.). En effet, celui qui interprète l’image va opérer des regroupements sur des combinaisons difficilement modélisables : parfois le contraste spectral sera prédominant, d’autres fois le relief, ou une organisation spatiale particulière. La méthode a donc l’avantage de traiter rapidement des informations complexes, et l’inconvénient de ne pas être strictement reproductible à l’identique. La définition d’entités paysagères sur la classification MODIS a été effectuée en 2007 par L. Le Dû-Blayo pour le programme IGCS – Sols de Bretagne (Le Dû-Blayo et al., 2008b ; Le Dû-Blayo, 2007). Ce travail visuel constitue une synthèse des diverses informations contenues dans l’image (type de paysage, altitude, pente), et a été facilité par une connaissance étendue du terrain d’étude (géologie, relief, flore, agriculture, etc.), qui a permis de nuancer le type de limite existant entre les unités paysagères (limite marquée ou limite progressive).

Une définition automatique des unités paysagères avec le logiciel ClaPaS

Le logiciel ClaPaS (CLAssement de PAysages et Segmentation) a été développé en 1994 par J.-M. Robbez-Masson à l’ENSA de Montpellier dans une optique de définition d’unités de pédopaysages. ClaPaS « a pour objectif de réaliser le classement d’une image sur la base de la composition paysagère du voisinage de chacune de ses cellules » (Robbez-Masson, 1994, 1999). ClaPaS permet de déterminer à quel paysage de référence rattacher chaque pixel de l’image, en fonction de la composition de son voisinage spatial. Des études ont montré la possibilité de caractériser des paysages en utilisant l’outil ClaPaS (Bornand et al., 1997), bien que celui-ci ait été élaboré pour l’étude des sols.

L’utilisation du logiciel débute par la définition de « paysages de référence » sur la classification d’image satellitale qui va être traitée. Ceux-ci sont décrits par un histogramme de composition et une matrice de co-occurrences qui donne la distribution des variables dans chaque échantillon de référence considéré.

Après différents essais, 26 zones de référence d’une taille de 30×30 pixels ou 2x(15×30) pixels (soit 5 625 ha) ont été définies (fig. 2), représentant en partie la diversité des types de paysages qu’on peut rencontrer en Bretagne.

Figure 2 : Localisation des 26 zones de référence pour l’utilisation de ClaPaS (Bourget dans Le Dû-Blayo et al., 2008b) Location map of the 26 reference areas in ClaPaS using (Bourget in Le Dû-Blayo et al., 2008b)

Figure 2 : Localisation des 26 zones de référence pour l’utilisation de ClaPaS (Bourget dans Le Dû-Blayo et al., 2008b)Location map of the 26 reference areas in ClaPaS using (Bourget in Le Dû-Blayo et al., 2008b)

Puis le module Clapas opère le classement de chaque pixel de l’image d’après la distance mathématique entre le descripteur des échantillons de référence (leurs histogrammes de composition), et le descripteur de chaque pixel et son voisinage ; ce classement se fait au sein d’une fenêtre de taille et de forme variables.

Les précédentes études de la Bretagne utilisant ClaPaS et le capteur MODIS (Michel, 2006 ; Vergne, 2006) tendent à montrer qu’il est préférable d’adopter certaines options de calcul adaptées à l’hétérogénéité des paysages bretons. Ainsi, il a été décidé de réaliser différents essais sur la classification MODIS avec les options suivantes : – des voisinages de taille maximale Tmax la plus grande possible, pour obtenir un résultat satisfaisant à l’échelledes unités paysagères ; – une forme de voisinage ronde ; – des paramètres mathématiques de description paysagère les mieux adaptés : l’histogramme comme descripteur, et la distance de Manhattan comme type de distance mathématique (Bornand et al., 1997 ; Lagacherie et al., 2001).

Un filtre modal de taille 7×7 pixels est ensuite appliqué à l’image afin de lisser l’information obtenue.

Une définition automatique des unités paysagères basée sur la morphologie mathématique

Un post-traitement basé sur la morphologie mathématique des unités de paysage a été développé par P. Gouéry en interne à l’Université Rennes 2 en 2006 (Le Dû-Blayo et al., 2008a). Il répond à une volonté de conserver lors du post-traitement les particularités de certaines des classes paysagères, ce qu’il n’est pas possible de faire avec d’autres méthodes plus classiques (application de filtres, etc.), notamment ClaPaS. La méthode de ce post-traitement consiste à traiter séparément, au moyen de processus de morphologie mathématique, chacune des classes de paysages, et ce de manière itérative pour faire successivement varier les paramètres des opérateurs mathématiques ; une synthèse est ensuite faite de toutes les données récoltées pour chaque classe de paysage, en tenant compte des possibilités de recouvrement affectées ou non à chacune des classes. Ce nouveau post-traitement permet de prendre en compte la taille et la forme des différentes classes de paysages de la classification MODIS. En effet, sur la classification MODIS les différentes classes de paysage dessinent des zones très différentes les unes des autres tant par leur forme que par leur taille, et chaque classe a une signification qu’il est plus ou moins opportun d’agréger. De plus, les surfaces de grande taille (telles celles de bocage dense) sont susceptibles d’inclure en leur sein de petites zones d’autres classes de paysage, telle une zone boisée ou urbaine, qu’il peut être intéressant de conserver dans le post-traitement.

Le respect de la diversité paysagère par ce post-traitement nécessite en effet de spécifier quelles classes sont prioritaires sur les autres lors du recouvrement, et si elles sont mixables entre elles ou non. Ainsi, certaines classes de paysages apparaissant par petites zones sont déclarées prioritaires et non mixables, afin qu’elles ne disparaissent pas lors du post-traitement ; c’est le cas notamment des zones de paysage urbain, des zones boisées, etc. À l’inverse, les classes de paysages qui apparaissent sur des surfaces étendues (tels les bocages, les paysages mixtes, les plateaux et bassins cultivés à paysage ouvert), peuvent être recouvertes par un paysage prioritaire, ou mixées entre elles pour donner naissance à de nouvelles classes de paysages.

3. Résultats

Les résultats de la délimitation visuelle et holistique

Il résulte de cette recherche un découpage en 62 unités de la péninsule bretonne (fig. 3), unités qui sont en cohérence avec les résultats présentés dans l’Atlas des Paysages de Basse-Normandie. Elles sont de taille et de forme différentes, parfois petites telle l’unité de la cuvette de Porzay (n° 43, fig. 3), parfois beaucoup plus étendues comme l’unité des Crêtes de Bain de Bretagne (n° 58, fig. 3) ; cependant elles constituent des ensembles fermés et relativement homogènes. Cette première carte, publiée en 2007, est exploitée dans différentes études paysagères à des échelles plus fines (schéma territorial éolien 2008, Syndicat Mixte du Pays de Saint-Malo). Ce travail constitue une base de réflexion pour la présente recherche, que viendront enrichir et pondérer les résultats des deux traitements automatiques en vue d’une synthèse.

Figure 3 : Définition des unités de paysage par méthode holistique (L. Le Dû-Blayo, 2007) Definition of landscape units by holistic methodology (L. Le Dû-Blayo, 2007)

Figure 3 : Définition des unités de paysage par méthode holistique (L. Le Dû-Blayo, 2007)Definition of landscape units by holistic methodology (L. Le Dû-Blayo, 2007)

Les résultats avec le logiciel ClaPaS

En sortie, ClaPaS fournit trois images différentes : une image du résultat du classement, une image de la distance mathématique entre les descripteurs des paysages de référence et celui de chaque voisinage de pixel, et enfin une image présentant la taille de voisinage optimale, comprise entre Tmin et Tmax, retenue pour le traitement de chaque pixel.

On obtient une représentation des unités de paysages bretons (fig. 4), avec une très grande diversité de taille et de forme des zones, qui sont de taille moyenne et de forme « fermée » sur l’ouest de la région (Monts d’Arrée, Montagnes Noires, plateaux du Trégor et du Léon), tandis que l’est est occupé par des unités plus diffuses, en nappes (Bassin de Rennes, Bassin de Pontivy-Loudéac, partie avale de la Vilaine, côte Nord). Malgré une bonne agrégation des types de paysage, certaines unités sont trop petites, et ces « confettis » ne sont pas représentatifs à l’échelle régionale. ClaPaS est adapté à des nuances de pédopaysages fines mais dans des paysages très hétérogènes, le regroupement en unités de grande surface est plus délicat.

Figure 4 : Carte des types de paysages obtenus avec le logiciel ClaPaS (Bourget dans Le Dû-Blayo et al., 2008b) Map of landscape types obtained with ClaPaS software (Bourget in Le Dû-Blayo et al., 2008b)

Figure 4 : Carte des types de paysages obtenus avec le logiciel ClaPaS (Bourget dans Le Dû-Blayo et al., 2008b)Map of landscape types obtained with ClaPaS software (Bourget in Le Dû-Blayo et al., 2008b)

Les résultats avec le traitement basé sur la morphologie

Le résultat du post-traitement utilisant la morphologie mathématique (fig. 5) fait apparaître des paysages plus morcelés, d’avantage présents sous forme de petites, voire de très petites unités, que dans le post-traitement effectué avec le logiciel ClaPaS, notamment dans le bassin de Rennes et sur la côte sud de la Bretagne. Il met d’avantage en avant certaines nuances (Penthièvre) et également la spécificité des zones mixtes (2 types de paysages également représentés sur une surface donnée).

Figure 5 : Carte des types de paysage obtenus par traitement morphologique (Gouéry dans Le Dû-Blayo et al., 2008b) Map of landscape types obtained with the morphological processing (Gouéry in Le Dû-Blayo et al., 2008b)

Figure 5 : Carte des types de paysage obtenus par traitement morphologique (Gouéry dans Le Dû-Blayo et al., 2008b)Map of landscape types obtained with the morphological processing (Gouéry in Le Dû-Blayo et al., 2008b)

Synthèse et cartographie des unités de paysage

On voit sur les trois traitements que les mêmes grandes tendances se dégagent visiblement, notamment sur l’ouest de la région, avec la bonne individualisation des deux massifs des Monts d’Arrée et des Montagnes Noires, des plateaux du Léon et du Trégor ; le même phénomène se retrouve à l’est sur les frontières de la Normandie, où le bocage s’individualise également très bien. À l’inverse, les paysages mixtes de la Cornouaille, du Goëlo et de tout le sud-est de la Bretagne sont moins aisément agrégés en unités.

Les deux derniers post-traitements testés lors de l’étude ne produisent pas des unités paysagères au sens classique des Atlas de Paysage, compte tenu de l’hétérogénéité des paysages bretons, mais ils délivrent une information supplémentaire en vue d’une synthèse, notamment sur l’organisation des types de paysage. Alors que le premier post-traitement fournit de grandes unités plus ou moins homogènes, on obtient avec les deux autres des résultats beaucoup plus morcelés, avec des tailles d’unités inférieures à celles souhaitées pour un Atlas. C’est pourquoi le choix d’une synthèse visuelle des trois post-traitements a été mis en œuvre (fig. 6), dont il résulte 97 unités de paysage sur la Bretagne, de taille et de forme très variées, intéressantes pour travailler à l’échelle départementale.

Figure 6 : Délimitation d’unités de paysage par synthèse visuelle des trois traitements Delimitation of landscape units by visual synthesis of the three processings

Figure 6 : Délimitation d’unités de paysage par synthèse visuelle des trois traitementsDelimitation of landscape units by visual synthesis of the three processings

Cette synthèse a été exécutée selon la technique des « calques numériques », mise au point à l’INRA-SAS dans le cadre du programme IGCS – Sols de Bretagne, et qui permet de superposer les différentes unités, facilitant la prise de décision de l’opérateur (Berthier et al., 2009) pour effectuer la synthèse visuelle des trois traitements.

Cette méthode des calques numériques permet de prendre en compte la traçabilité dans la construction des limites d’unités de paysage, avec une base de données spécifique. L’opérateur indique dans la table attributaire quelles informations ont permis la délimitation de l’unité, et quelle est leur part d’importance dans la prise de décision. Chaque polygone d’unité de sol définie est subdivisé en autant de polylignes que de type de choix, et chacune des polylignes constitue une ligne dans la base de données, où il est précisé quelles variables ont permis sa définition.

Cette phase de synthèse permet de combiner les informations issues des trois méthodes et d’extraire une donnée pouvant ensuite être croisée avec celle des Atlas en cours ou réalisés.

4. Synthèse finalisée en ensembles paysagers régionaux

Comme souligné précédemment, l’échelle régionale nécessite de travailler avec de grands ensembles, les unités de paysage départementales étant inadaptées à ce niveau. Cette synthèse (fig. 8 – recherche réalisée avec le soutien du conseil régional de Bretagne) a été réalisée en collaboration avec les équipes chargées de la réalisation ou de l’actualisation des atlas départementaux (bureaux d’étude privés, services territoriaux de l’État) sur trois départements (Morbihan, Finistère et Loire-Atlantique), et en tenant compte des unités frontalières de l’atlas des paysages de la Basse-Normandie (Brunet et Girardin, 2003). On aboutit à la délimitation de 39 ensembles paysagers, cohérents au niveau régional et permettant une première approche du paysage à cette échelle. Cette synthèse est en cours de validation par un comité de pilotage régional qui regroupe les différents acteurs (État, Région, Conseils Généraux, CAUE, etc.).

Figure 8 : Carte des ensembles paysagers en Bretagne Map of the main landscape unities in Brittany

Figure 8 : Carte des ensembles paysagers en BretagneMap of the main landscape unities in Brittany

5. Conclusion

Un des enjeux principaux de cette recherche est la connaissance et la délimitation des différents types de paysages présents sur un territoire donné. La télédétection offre, parmi de nombreuses approches possibles, plusieurs méthodes permettant de définir des entités paysagères. Les tests menés sur le territoire de la Bretagne ont démontré la complexité de la répartition spatiale des types de paysage et donc la difficulté à les regrouper en unités puis en grands ensembles paysagers. De manière pragmatique, c’est la combinaison de méthodes automatiques et de méthodes holistiques (travail de synthèse visuelle, apport de connaissance experte) qui offre les résultats les plus satisfaisants. En concertation avec les différents acteurs du paysage, elle permet à terme d’aboutir à une synthèse d’ensembles paysagers à l’échelle régionale, qui vise à harmoniser les travaux des différents Atlas paysagers départementaux. Les cartographies obtenues doivent également rentrer dans un processus de validation par les acteurs publics afin d’être effectivement exploitées dans la mise en œuvre des politiques publiques. De fait, c’est la cohérence partagée de ces inventaires paysagers qui ouvre sur une exploitation effective dans la mise en œuvre des politiques sectorielles (schéma éolien, schéma bocager, Trames Vertes et Bleues, etc.), celles-ci étant alors adaptées aux spécificités des entités paysagères. Enfin, on envisage aussi d’enrichir la connaissance de chaque entité paysagère par des données statistiques quantitatives, et par des données qualitatives à échelle fine. Il faut souligner que cette méthodologie, sans être « exportable » telle quelle, est reproductible et applicable sur d’autres régions, pouvant à terme rendre possible une certaine harmonisation de la donnée, sinon sur le territoire national, du moins sur le Grand Ouest.

VOIR L’ARTICLE COMPLET

Émilie Bourget et Laurence Le Dû-Blayo, « Définition d’unités paysagères par télédétection en Bretagne : méthodes et critiques », Norois, 216 | 2010, 69-83.

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