Gillian Rowan

McGill University
Candidat M.Sc.

superviseur(e): Margaret Kalacska
Début: 2018-09-04
Fin: 2021-01-01

Projet

UN EXAMEN DU POTENTIEL ET DES LIMITES DE LA TÉLÉDÉTECTION OPTIQUE COMME METHODE DE SURVEILLANCE DE LA VÉGÉTATION AQUATIQUE SUBMERGÉE
La végétation aquatique est une constituante essentielle des écosystèmes d'eau douce, fournissant un habitat pour la faune, stabilisant les sédiments, modifiant les régimes d'écoulement et améliorant la qualité d’eau. Les communautés végétales sont cependant sujets à de nouvelles pressions croissantes en raison du changement climatique et des perturbations humaines accrues. La surveillance et la gestion de ces écosystèmes sont donc essentielles pour le maintien des services rendus par les plantes aquatiques. La télédétection est suggérée comme méthode préférée pour surveiller ces habitats, mais la technologie n'a pas encore été mise en œuvre à grande échelle, en particulier pour la végétation aquatique submergée (VAS) dans le contexte de l'eau douce. L'objectif de cette thèse est de faciliter l'application des techniques de télédétection à la surveillance des VAS en transferant les informations de façon amenable aux non-specialistes et en addressant les lacunes dans les connaisances scientifiques actuelles. Une revue systématique de la littérature a été menée sur les travaux de surveillance des VAS à l'aide de la télédétection, ce qui a été synthétisée avec les principes généraux de la télédétection, afin de créer une ressource pour les gestionnaires d'écosystèmes et les chercheurs en écologie peu familiers avec la discipline. Cette resource touche sur tous les aspects d'un méthodologie de télédétection optique typique, avec une attention particulière sur la surveillance de la VAS, pour indiquer aux non-spécialistes si, et comment, adopter la télédétection dans leurs recherches. La majorité des travaux antérieurs se sont concentrés sur les systèmes côtiers marins et principalement sur la détermination de l'étendue des communautés végétales. Bien que ces applications aient produit des résultats de precision de modérés à bons, la portée étroite des données empêche de répondre à de nombreuses questions critiques de gestion des écosystèmes. Pour cette raison, des recherches originales ont été entreprises pour mettre en œuvre des techniques de télédétection optique sur un plus grand nombre de cibles dans un environnement non ideal, c'est-à-dire en eau douce. Ce travail a évalué la séparabilité spectrale des vegetaux sous conditions de laboratoire à divers niveaux de regroupement. L'imagerie in situ a été analysée pour comparer la précision modélisée attendue à ce qui est possible dans des conditions de terrain. Des échantillons de treize espèces de VAS ont été collectés sur deux saisons et se sont avérés etre spectralement séparables (critère de voisin-le-plus-proche de 0,8 à 1, selon le groupe) pendant l’apogee de la saison de croissance. La séparabilité spectrale dépendait directement de la résolution spectrale et du nombre de bandes du capteur choisi. L'imagerie hyperspectrale a été efficace, avec un rappel de classe individuelle allant jusqu'à 100 % et des rappels globaux de 88 % et 94 % lors de la détection des types de végétation et entre la végétation ou la non-végétation, respectivement. L'analyse des images était limitée aux cibles de végétation formant des canopées ou en tapis et aux grandes parcelles sans végétation en raison de la résolution spatiale d'environ 1 m. Les cibles présentes dans cet écosystème d'eau douce seraient propices à la cartographie et à la surveillance à l'aide de techniques de télédétection, cependant, l'imagerie de la résolution spatiale et spectrale requise pour de telles applications est coûteuse et peu disponible. Le développement de capteurs ciblés et à résolution spatiale suffisamment élevée à bord de plateformes spatiales devrait donc être une priorité si l'on veut surveiller efficacement la végétation aquatique aux échelles régionales et mondiale.

Mots-clés

freshwater, spectral separability, multispectral, remotely piloted aerial system, airborne imagery, spatial resolution, hyperspectral, St. Lawrence River, multi-scale

Publications

1- A Review of Remote Sensing of Submerged Aquatic Vegetation for Non-Specialists
Rowan, Gillian S. L., Margaret Kalacska
2021 Remote Sensing