La diversité des espèces végétales dans quatre écosystèmes différents représentée sous forme de variation spectrale.
Photo: © Anna Schweiger, Etienne Laliberté

La surveillance de la biodiversité par satellite bientôt une réalité

Une équipe de chercheurs suisses et canadiens a montré qu’il est possible de surveiller les communautés végétales de manière fiable en faisant appel à la spectroscopie d’imagerie, une technologie qu’il sera un jour possible d’appliquer par satellite. Ces résultats ouvrent la voie au contrôle en temps quasi-réel de la biodiversité mondiale.

Au plan international, on a besoin de données comparables sur la biodiversité pour protéger les écosystèmes menacés, restaurer les habitats détruits et contrer les effets négatifs de la perte mondiale de biodiversité. Mais actuellement, la surveillance de la biodiversité est une activité à forte intensité de main-d’œuvre et elle est coûteuse. Par ailleurs, de nombreux points de la planète sont difficilement accessibles.

Anna Schweiger, des laboratoires de télédétection du Département de géographie de l’université de Zurich (UZH), en Suisse, et Etienne Laliberté, de l’université de Montréal, au Canada, viennent de démontrer que la biodiversité végétale, dans tous les écosystèmes, de la toundra aux forêts tropicales, peut être évaluée de manière fiable en faisant appel à la spectrométrie d’imagerie. « Grâce à notre étude, nous espérons contribuer à la future détection des changements dans la composition des espèces de nos écosystèmes terrestres, depuis l’espace. Notre objectif est de fournir des orientations s’appuyant sur des données probantes pour l’application de mesures politiques visant à protéger les espèces et à atténuer les conséquences négatives de la perte de biodiversité, » déclare l’auteure de l’article, Anna Schweiger.

Les spectromètres-imageurs mesurent la réflectance de la lumière du domaine du visible à celui du proche infrarouge du spectre électromagnétique. La réflectance des végétaux est déterminée par leurs caractéristiques chimiques, anatomiques et morphologiques, qui sont importantes pour les interactions entre les végétaux et entre eux et leur environnement. « Par conséquent, les végétaux ayant des caractéristiques similaires, ainsi que les espèces qui leur sont étroitement liées, ont tendance à avoir des spectres de réflectance comparables, » explique Anna Schweiger.

Utiliser la lumière réfléchie pour évaluer les caractéristiques des végétaux et des communautés végétales
 

L’étude en cours poursuit les travaux des chercheurs sur la mesure de la diversité spectrale. Leurs indices calculent la variation spectrale entre les végétaux individuels d’une même communauté, et entre les communautés d’une même région. On appelle « alpha diversité » la diversité au sein des communautés et « bêta diversité » la diversité entre les communautés.

Les données utilisées pour l’étude ont été fournies par l’American National Ecological Observatory Network (NEON). Ce réseau utilise des méthodes normalisées pour collecter des données sur la biodiversité et des données d’observation terrestre dans tous les États-Unis. Ces données sont ensuite rendues publiques. Les données fournies par les spectromètres-imageurs du réseau NEON pendant les vols de recherche ont une résolution d’un pixel pour 1 mètre carré.

Des calculs de la diversité spectrale ont montré que la détection de l’alpha diversité dépend de la taille des végétaux. La diversité spectrale calculée dans les forêts denses et avec de grands arbres individuels correspondait mieux à la diversité végétale déterminée au sol que la diversité spectrale calculée sur des espaces ouverts dominés par de petites plantes herbacées et des graminées. La bêta diversité spectrale a, quant à elle, détecté des différences dans la composition des communautés végétales sur tous les écosystèmes étudiés sur la base d’une résolution spatiale de 20x20 mètres. Cette taille de pixel correspond à la taille des parcelles d’inventaire de la végétation du réseau NEON.

Surveillance de la biodiversité mondiale en temps quasi-réel 
 

L’Agence spatiale européenne (ESA) et son homologue américaine, la NASA, mettent actuellement au point des spectromètres-imageurs satellitaires. Ils sont prévus pour donner une image de l’ensemble de la planète tous les 16 jours, avec une résolution pixellaire d’environ 30x30 mètres. Les résultats de l’étude montrent que ces données devraient permettre de détecter les changements écosystémiques au moment où ils se produisent.

« Dans un avenir proche, notre étude contribuera à déterminer, de manière efficace et fiable, et par satellite, les changements dans la composition des communautés végétales. Cela facilitera la préparation de campagnes ciblées sur le terrain pour évaluer les causes et les conséquences des changements écosystémiques et permettra aux parties prenantes de réagir en temps utile, » déclare Anna Schweiger, pour qui la surveillance mondiale de la biodiversité – en temps quasi-réel – sera bientôt une réalité.

Littérature :

Anna K. Schweiger, Etienne Laliberté. Plant beta-diversity across biomes captured by imaging spectroscopy. Nature Communications. 19 Mai 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-30369-6

 

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