Courel, M.F.

Jacqueminet, Christine

Mering, Catherine

Poncet, Yveline

Courel, Marie-Françoise

Poncet, Y.

HAL-Paris1

Etude quantitative des formes d'organisation spatiale du couvert ligneux en milieu sahélien à partir des images satellitaires SPOT

Hal-Diderot

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HAL-UJM

HAL-Lyon 3

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B u l .  S.F.P.T. n o  114 (1989-2) 
ETUDE QUANTITATIVE DES B O W S  D'ORGANISATION SPATIALE DU COWERT LIGNEUX EN MILIEU 
SARELIEN A PARTIR DES IMAGES SATELLITAIRES SPOT 
C. JACPUEMINËT (1,2), C. MERING(2) , Y. PONCET(2) I M.F. COUREL(3) 
1- Ecole des Hautes Etudes en Sciences Sociales, 96, Boulevard Raspail, Paris 6e 
2- ORSTOM, Institut Français de Recherche Scientifique pour le Developpement en coop6ration, 70-74, 
route d'Aulnay, 93140 Bondy 
3- IMAGEO-C.N.R.S., 191, Rue Saint Jacques, Paris 5e 
- 
RESUME: En milieu Sahelien, la vegetation se caracterise par une texture discontinue, perceptible 
sur les images satellitaires SPOT par le biais de taches de forme differente. Ces formes et leurs 
variations reflgtent l'btat et la dynamique du milieu. Nous tentons de caracteriser 
quantitativement ces formes B l'aide d'une classification multibande dirigee et de transformations 
morphologiques ensemblistes sur image binaire. L'etude a pour terrain d'experimentation la region 
d'0ursi au Nord du Burkina Faso. 
ABSTRACT: In Sahelian zone, vegetation is characterized by a discontinuous texture, perceptible on 
SPOT images through spots of different shapes which variations are due to physical and human 
conditions of environment. Our object is to quantify the variations of shapes using supervised 
multispectral classification and morphological set transformations applied to binary images. The 
method has been tested in the Oursi region, in northern Burkina Faso. 
1- p " L b e  et aixe d'ktude; 
L'objet de ce travail est de determiner un indicateur de la dynamique du couvert v6geta1, 
perceptible sur images satellitaires et quantifiable, afin d'effectuer un suivi du milieu Sahelien 
dans l'espace et dans le temps. Suite au deficits pluviometriques recurrents qui ont affecte le 
domaine Sahelien depuis deux decennies, on a observe des modifications dans l'organisation spatiale 
des ligneux. La couverture ligneuse auparavent diffuse, tend B devenir de plus en plus discontinue 
en liaison avec les conditions topo-edaphiques des milieux consideres (Courel, 1984). 
Le paysage d'oursi est compose d'une succession, du nord au sud, de cordons dunaires separes 
par de larges plaines interdunaires o& localement des formations cuirassLes affleurent. Ces unites 
topographiques sont colonisees par une steppe arbustive et arboree dont nous distinguons trois 
types d'organisation spatiale: - sur les cordons dunaires, les ligneux s'organisent en bosquets dans les creux intradunaires, - dans les espaces interdunaires, ils s'organisent en grandes bandes sinueuses et plus ou moins 
ramifiees et sur les sols cuirass6s, en brousse tigree (alternance reguli&re de petites bandes 
boisees et de petites bandes nues). 
Ces bosquets et ces bandes apparaissent sur l'image SPOT sous la forme de taches 
subcirculaires et de bandes sombres de taille et d'espacement variables. Les changements qui 
affectent le milieu d'oursi, SOUS l'effet conjugue d'une baisse de la pluviometrie et d'une forte 
pression anthropique, sont perceptibles et mesurables par le biais des variations des formes de la 
couverture ligneuse. 
2- Dellmltatlon des u de . .  . 
Nous utilisons une image satellitaire SPOT (17/12/86) de debut de saison seche oÙ les 
ligneux encore chlorophylliens se discriminent bien spectralement des herbacees seches. Pour 
dblimiter les aires couvertes en ligneux, nous effectuons une clas?ification dirigee d partir des 
criteres spectraux B l'aide de la methode de discrimination non paradtrique (Celeux, Lechevalier, 
1982). Cette methode opere la segmentation des variables quantitatives qui discriminent au mieux 
les classes determinees a priori. L'image est partitionnee en plusieurs classes correspondant aux 
differents composants du paysage ayant une reponse spectrale propre: la vegetation ligneuse, les 
sols sombres, les sols clairs, l'eau. Cette classification est validee d l'aide de parcelles de 
contrdle determinees d'apr6.s des photographies aeriennes et la realite-terrain. Puis l'image 
classee est binaris&, nous ne conservons que la classe "vbg6tation ligneuse". 
O. ?. S.T. O. M. Fonds Documentaire. 
- 20 - 
3- Caract4-tlve des d ' v -  . .  . .  . .  
L'image binaire obtenue B l'&ape precedente est subdivisBe en quadrats-tests de 85/85 pixels 
sur lesquels on calcule des paradtres texturaux permettant d'estimer la variation de taille des 
aires de vegetation ligneuse et leur distribution spatiale. Ces parametres sont mis au point B 
l'aide des outils de la morphologie mathhatique (Serra, 1982). Pour Btudier la variation de la 
taille des unites de ligneux, nous utilisons la granulometrie p a r  ouverture et pour Bvaluer la 
repartition relative des unit& de ligneux par rapport aux espaces non couverts en ligneux, nous 
utilisons la covariance. - La granulometrie par ouverture consiste à transformer l'image par ouvertures successives a l'aide 
d'un element structurant convexe de taille croissante. A chaque operation, les elements connexes de 
taille inferieure B celle de 1'616ment structurant sont BliminBs, de façon analogue a un Lamisage 
dont la taille des pores crolt. Le calcul de la surface et du nombre d'816ments Blimin6s a chaque 
ouverture permet d'8valuer la distribution de la taille des unites de ligneux de chaque 
Qchantillon. On calcule G(n)  la distribution de taille en surface et F(nf la distribution de taille 
en nombre a l'aide des formules suivantes: 
- 
1% 
* -  
G(n) * IA(Xf - A(X~(h)fl / A(X) n>æ0 
F W  = (N(1f) - N(XB(n)) 1 / N(X) - n>=O 
6 5 7 "  
e X, 
tit& connexes-Ide XI 
structurant hexagonal B de taille n. 
'&age par- &rosions successives a l'aide d'un bipoint 
d'espacement croissant et d'orientation donnee. A .chaque opbration, on &value la surface de 
l'ensemble ainsi transforme. La courbe du covariogrme traduit 1'Btat de dispersion des 6lCments 
de 1'6chantillon dans la direction &tudiBe: la derivee a l'origine est egale au nombre d'B16ments 
connexes dans la direction Btudiee qui pour une surface donnee est un indicateur de la finesse de 
la texture de 1'Bchantillon. La periodicite d'une structure se traduira par des oscillations du 
covariogrme: la hauteur et l'amplitude des oscillations indiquent respectivement le diametre 
horizontal moyen des elements connexes et la distance moyenne qui les separe dans la direction 
&tudiBe. On definit la covariance C(x,h,a) de la maniere suivante: 
oa : 
Z est le masque de mesure, 
A (X) est la surface de X, 
Eha(X) est l'erosion de X par un bipoint de longueur h et d'orientation U. 
La methode est illustree sur deux echantillons representatifs de deux types de structure vegetale 
(cf. figures 1 a 6 ) .  
NOUS obtenons ainsi des descripteurs quantitatifs de la texture pouvant servir a comparer les 
differents types de couvert ligneux et B en faire le suivi dans l'espace et Bventuellement dans le 
temps. Ulterieurement, nous envisageons d'etudier le caractere discriminant de ces indices 
texturaux sur l'ensemble de l'image et d'effectuer une typologie des differents types de couvert 
ligneux discontinu. 
CONCLUSION: 
Cette etude propose une methode pour ca-mcteriser quantitativement les differentes formes 
d'organisation spatiale du couvert ligneux et suivre sa dynamique en liaison avec les unites topo- 
ddaphiques et les conditions climatiques et anthropiques qui affectent le milieu. Cette methode 
utilise a la fois, les donnees spectrales et les informations morphologiques contenues dans l'image 
satellitaire. 
BIBLIOGRAF'KIE: 
CELEUX G . ,  LECHEVALLIER Y . ,  1982- Methodes de segmentation non param6trique. Revue de statistique 
qppliquie, vol. xxx ,  n04, pp39-53 
COUREL M . E . ,  1984- Etude de l'bvolution recente des milieux Saheliens a partir des mesures fournies 
par les satellites. These de doctorat d'Etat, Paris I, 4 0 7  p. 
SERRA J., 1982- Image analysis and mathematical morphology. Academic Press, London, 610 p. 
- 21 - 
fig.1: bosquets sur cordons dunaires 
O 5 10 15 
nbre itérations 
fig.2: grandes bandes des espaces interdunaires 
O 5 10 15 
nbre itérations 
fig.3 et 4 :  densite granulometrique en surface(g) et en nombre(f): les courbes f et g mettent en 
Bvidence trois tailles de grains sur l*Bchantillon 1 (bosquets) et quatre tailles de grains. sur 
1'Bchantillon 2 (grandes bandes). Elles soulignent la prBdominance d'BlBments de petite taille dans 
1'Bchantillon 1 et une distribution de taille plus variee au sein de 1'Bchantillon 2. 
0,12 
O ,O4 
0,02 
I 
2,ooooc-1 
O 1 O0 200 300 O 100  200 300 
nbr it&rtimnr nbr itérations 
fig.5 et 6: covariogrammes calcules sur les bosquets et les grandes bandes dans la direction 
horizontale: les ondulations regulieres des covariogrames mettent en Bvidence une certaine 
periodicite dans la repartition des BlBments, dont l'amplitude est superieure pour J'6chantillon 
des grandes bandes'par rapport A celui des bosquets. 
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