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 !