Le Collectif Canopée a mandaté le CERFO afin de développer un outil cartographique de priorisation des sites de plantation sur le territoire couvert par les milieux urbains et périurbains des régions de la Capitale-Nationale et de Chaudière-Appalaches.
Des chercheurs du CERFO ont ainsi développé une méthode d’analyse multicritère répondant spécifiquement aux besoins du projet et visant à calculer un indice de priorisation de sites de plantation, qu’ils ont appliqué au territoire d’étude.
La Loi sur l’aménagement durable du territoire forestier (LADTF) revoit la protection des milieux aquatiques, riverains, humides et des sols afin de mieux protéger ces derniers. Parallèlement à ces révisions, les technologies d’acquisition et de traitement de données géospatiales ne cessent de progresser et d’évoluer. Récemment, le ministère des Forêts, de la Faune et des Parcs (MFFP) du Québec a mis sur pied un plan d’acquisition provincial de données lidar aéroportées dans le milieu forestier. L’utilisation de cette technologie permet entre autres de créer des modèles numériques de terrain (MNT) à très haute résolution spatiale, utiles notamment pour analyser la microtopographie. Il s’agit également d’une avancée majeure pour l’extraction d’attributs forestiers (hauteur des arbres, etc.) par rapport à la méthode traditionnelle de photo-interprétation (Maltamo et al., 2014). Ces nouveautés ouvrent aussi la voie au développement d’outils d’aide à la décision pour la planification forestière, notamment pour la planification des chemins forestiers.
Le centre d’enseignement et de recherche en foresterie de Sainte-Foy (CERFO), avec différents organismes, a travaillé dans les dernières années sur le développement d’outils automatisés permettant la cartographie de l’hydrographie surfacique et linéaire ainsi que de sites avec contraintes de drainage aux opérations forestières (Varin et al., 2017 ; Varin et al., 2019 ; Drolet, 2020 ; Gadbois-Langevin et al., 2020 ; Lessard, 2020). Ces travaux ont notamment montré que les modélisations répertorient plus de zones humides et de cours d’eau en milieu forestier que ceux déjà cartographiés actuellement. Les outils automatisés développés servant à cibler la présence de ces éléments permettent donc notamment de les cartographier avec une plus grande précision. Ces résultats impliquent pour l’industrie forestière une planification plus fine des chantiers ainsi que moins de corrections sur le terrain. Cependant, bien que les résultats obtenus aient permis de mettre en évidence leur pertinence et leur précision, les efforts de recherche sont à poursuivre afin de réduire le niveau d’erreurs, encore trop élevé dans le cadre d’une utilisation courante dans la pratique. Face à ces constats, l’objectif du projet était de développer des outils semi-automatisés d’aide à la planification des chemins à partir de données lidar. Cinq volets ont été étudiés : 1) la modélisation des cours d’eau linéaires, 2) l’identification des cours d’eau ayant une forte pente, 3) l’identification des chutes d’une hauteur de plus d’un mètre, 4) la cartographie des zones de contraintes humides et 5) la modélisation de chemins forestiers visant un coût de déplacement le plus faible. Le projet de recherche a été réalisé sur trois zones de test proposées par les partenaires.
Pour accéder à la technote : Technote_SBL_modelisation_contraintes
La cartographie du territoire forestier est obtenue traditionnellement à partir de l’interprétation de photographies aériennes. Les produits de cette technique servent de base pour la planification et la compilation des inventaires forestiers. Bien que cette approche donne des résultats intéressants depuis l’arrivée de nouvelles procédures de photo-interprétation (Berger, 2008), elle reste fastidieuse, longue, coûteuse et présente certaines limites pour caractériser les peuplements, en particulier pour l’interprétation des essences forestières (Leboeuf et Vaillancourt, 2015; Varin et al., 2016).
La pénurie de photo-interprètes qualifiés, de manière générale, affecte l’atteinte des cibles de production annuelle de la carte écoforestière produite par la direction des inventaires forestiers. Cela a comme principale conséquence de complexifier la prévision des coûts. Les principaux défis sont par ailleurs de réaliser une nouvelle carte écoforestière de qualité similaire à celle produite actuellement, notamment pour la composition en essences des peuplements forestiers productifs. L’arrivée de nouvelles technologies pour la télédétection forestière pourrait permettre d’améliorer non seulement la précision de la caractérisation du territoire forestier, mais également la vitesse d’exécution (Gougeon et Leckie, 2003).
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La cartographie du territoire forestier est obtenue traditionnellement à partir de l’interprétation de photographies aériennes. Bien que cette approche donne des résultats intéressants depuis l’arrivée de nouvelles procédures de photo-interprétation, elle reste fastidieuse, longue, coûteuse et présente certaines limites pour caractériser les peuplements. En effet, le photo-interprète doit délimiter manuellement les différents contours selon les caractéristiques observées, identifiées et interprétées. La liste de ces caractéristiques s’avère longue pour le classement des peuplements forestiers, en particulier pour l’interprétation des essences forestières.
L’objectif du projet était d’explorer ces deux problématiques, c’est-à-dire la délimitation des peuplements et la cartographie des essences forestières. Le but étant d’obtenir des attributs forestiers sur de grands territoires, un effort a été mis sur l’automatisation de ces processus. D’abord, la phase 1 (2017) du projet a permis de réaliser une campagne de terrain et de créer une bibliothèque de signatures spectrales pour 15 essences forestières présentes sur le territoire privé de Kenauk, en Outaouais. Ensuite, des images du satellite Wordview-3 ont été acquises à l’été 2016 et des données d’un lidar aéroporté à l’été 2015 sur le territoire d’étude. La phase 1 a également permis de générer une segmentation individuelle de couronnes d’arbre (SCA) par une approche orientée-objet à partir du lidar et d’attribuer des classes d’essence à l’ensemble de l’image. La phase 2 (2018) a permis d’améliorer la SCA de 87 % à 90 % en ajoutant l’imagerie dans la segmentation. Une nouvelle méthode hybride a été développée de manière à séparer d’abord les essences résineuses et feuillues (96 %) et ensuite les essences de chaque type. Les essences résineuses ont été classifiées avec une précision globale de 91 % et celles ayant un meilleur score sont l’épinette blanche, le pin blanc, le pin rouge, la pruche et le thuya. Les essences feuillues ont été classifiées avec une précision globale de 77 % et celles ayant un meilleur score sont l’érable à sucre, le chêne rouge et le peuplier à grandes dents. Ces résultats confirment que l’approche orientée-objet à partir d’imagerie satellitaire est efficace, mais présente ses limites dans la forêt feuillue.
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Les arbres jouent des rôles très importants en milieu urbain : ils rendent de nombreux services écologiques, sociaux et économiques, notamment en diminuant la température ambiante des villes et en contribuant au maintien de la biodiversité. Plus particulièrement, la canopée permet de contrer les effets néfastes dus aux changements climatiques, tels que l’augmentation d’un problème déjà connu : les îlots de chaleur.
C’est dans ce contexte que Nature Québec, par le biais du programme Passeport Innovation, financé par le ministère de l’Économie, de la Science et de l’Innovation, a fait appel au CERFO, membre de QuébecInnove, pour développer une méthode d’automatisation permettant de cartographier la canopée sur de grands territoires urbains, tels que celui du périmètre urbain de la Communauté métropolitaine de Québec.
La cartographie du territoire forestier est obtenue traditionnellement à partir de l’interprétation de photographies aériennes. Bien que cette approche donne des résultats intéressants depuis l’arrivée de nouvelles procédures de photo-interprétation, elle reste fastidieuse, longue, coûteuse et présente certaines limites pour caractériser les peuplements. En effet, le photo-interprète doit délimiter manuellement les différents contours selon les caractéristiques observées, identifiées et interprétées. La liste de ces caractéristiques s’avère longue pour le classement des peuplements forestiers, en particulier pour l’interprétation des essences forestières. L’objectif du projet était d’explorer ces deux problématiques, c’est-à-dire la délimitation des peuplements et la cartographie des essences forestières.
Le but étant d’obtenir des attributs forestiers sur de grands territoires, un effort a été mis sur l’automatisation de ces processus. D’abord, une campagne de terrain a été réalisée et a permis de créer une bibliothèque de signatures spectrales pour 15 essences forestières présentes sur le territoire privé de Kenauk, en Outaouais. Ensuite, des images du satellite Wordview-3 ont été acquises à l’été 2016 et des données d’un lidar aéroporté à l’été 2015 sur le territoire d’étude. Une fois ces données prétraitées et combinées, une segmentation a été réalisée par une approche orientée-objet pour générer une délimitation individuelle de couronnes d’arbre. Une validation a été effectuée et chacun de ces objets correspond à une essence à 87 %. À partir de cette segmentation, il a été possible d’attribuer des classes d’essence à l’ensemble de l’image. Une approche dichotomique a été privilégiée et a mené à une première classification des résineux et des feuillus, évaluée à 94 %. Par la suite, les essences les plus discriminatives ont été classifiées en ordre de priorité. Les essences ayant un meilleur score sont le sapin, le pin blanc, le pin rouge, la pruche, l’érable à sucre, le hêtre et le peuplier à grandes dents. Ces résultats confirment que l’approche orientée-objet est efficace, mais présente ses limites dans la forêt feuillue.
Les changements climatiques causés par les émissions de gaz à effet de serre d’origine anthropique occasionneront des épisodes de canicule de plus en plus fréquents en milieu urbain au Québec. Or, ces épisodes représentent un grave problème de santé publique puisqu’ils entraînent davantage de soins hospitaliers et de décès prématurés, notamment au sein des plus vulnérables. La hausse constante de la température (observée et projetée) ainsi que la présence de périodes de températures extrêmes, en particulier en été, accentueront vraisemblablement un problème déjà connu : les îlots de chaleur urbains. Il devient donc urgent d’adopter de bonnes pratiques en matière d’aménagement du territoire, visant la diminution des effets des îlots de chaleur. C’est dans ce contexte que Nature Québec, dans le cadre de son projet Milieux de vie en santé, a confié au CERFO la réalisation de la cartographie des îlots de chaleur et de fraîcheur pour le territoire de la Communauté métropolitaine de Québec.
Les arbres jouent des rôles très importants en milieu urbain : ils rendent de nombreux services écologiques, sociaux et économiques, notamment en diminuant la température ambiante des villes, en contribuant au maintien de la biodiversité, et même en augmentant la valeur foncière des propriétés. Dans ce contexte, de plus en plus de villes ont le souci d’améliorer la qualité de vie de leurs citoyens, par des mesures visant à augmenter la couverture arborescente sur leur territoire.
La ville de Québec en fait partie et a décidé de se doter d’un indice de canopée pour suivre l’état de la couverture arborescente sur son territoire, afin de prioriser les secteurs de plantation où celui-ci est insuffisant et de quantifier les efforts déployés pour le maintien et la bonification du couvert arborescent.
Un projet pilote a été réalisé par le CERFO en 2014 visant à développer une méthode pour cartographier la canopée de la ville de Québec à partir d’images de 2011. Plusieurs améliorations d’ordre méthodologique ont été proposées suite à cet exercice, notamment l’utilisation de la donnée du proche infrarouge.
Depuis quelques décennies, on ne peut plus nier la réalité des changements climatiques à l’échelle mondiale. La hausse constante de la température ainsi que la présence de périodes de températures extrêmes, en particulier en été, sont d’avantages accentuées en milieu urbain, créant alors un problème affectant sérieusement les citoyens : l’effet des îlots de chaleur urbains.
Article paru dans la revue Géomatique – Volume 42 – Numéro 3 – Automne 2015.
L’objectif premier de l’inventaire forestier décennal est d’établir les volumes de bois par unité de compilation. Or, depuis de nombreuses années, ces données sont aussi utilisées pour établir les prescriptions sylvicoles. Malheureusement, leur usage dans les processus décisionnels est devenu rapidement abusif, niant leur valeur statistique. Leur variabilité importante suggère de les considérer davantage comme des ordres de grandeur.
Par ailleurs, la cartographie forestière a toujours été sous-utilisée. Mais suite aux avancées technologiques récentes, sa qualité a augmenté son pouvoir prédictif dans le processus de prescription sylvicole. Ce texte rappelle certains constats et présente une méthode de travail pour l’utilisation conjointe des données cartographiques et d’inventaire.
Une évaluation du degré de concordance du type écologique présent sur la carte écoforestière du 3e décennal avec la réalité terrain a été réalisée pour le territoire de l’UAF 061-52, en 2008-2009. Une analyse similaire a été réalisée à partir de la carte écoforestière du 4e décennal pour valider l’hypothèse selon laquelle cette dernière présenterait un niveau de concordance supérieur. Les six types écologiques les plus représentés sur le territoire de l’UAF ont été étudiés (FE32, MJ12, MJ22, MJ25, RS22, RS25).
La comparaison des cartes des deux décennaux montre que la carte du 4e décennal a subi des modifications substantielles puisque le 1/3 de la superficie a vu l’appellation du type écologique changer. En prenant en considération ces changements, les analyses de concordance n’ont pourtant pas mis en évidence une amélioration globale de la concordance du type écologique sur la carte du 4e décennal. Le taux de concordance calculé pour les 151 points de contrôle est en effet peu satisfaisant (55 %) pour les cartes des deux décennaux.
Parmi l’ensemble des pistes d’explication proposées, certains éléments mettent en évidence les faiblesses de l’information cartographique tandis que d’autres présentent les limites de la méthode d’évaluation du type écologique sur le terrain. D’une part, la mauvaise qualité des photos aériennes dans le sud du territoire a du générer des erreurs de photo-interprétation et la taille des unités serait encore trop grande sur la carte du 4e décennal pour saisir toute la complexité des associations d’essences et de leur répartition spatiale. D’autre part, la méthode d’évaluation du type écologique sur le terrain que les industriels doivent suivre, représente une caractérisation trop ponctuelle pour pouvoir bien cerner toute l’hétérogénéité du peuplement que le photo-interprète peut voir sur la photo aérienne, et la méthode utilisée pour caractériser certaines variables du type écologique sur le terrain génère parfois des erreurs d’identification (texture, drainage).
Face à ce constat, il est difficile de statuer sur le niveau de qualité de la carte écoforestière du 4e décennal. Il est donc recommandé de réaliser une nouvelle validation de la qualité, en réalisant cette fois-ci, un inventaire terrain du type écologique selon un cheminement sur plusieurs centaines de mètres, de manière à obtenir une évaluation plus globale du type écologique, à la même échelle que celle du peuplement photo-interprété. Une telle analyse permettrait alors confirmer ou infirmer si le travail de photo-interprétation permet de qualifier le type écologique avec une précision suffisante et si l’information cartographique peut alors être utilisée en toute confiance pour la planification des opérations et de l’aménagement forestier.
Depuis quelques années, dans l’esprit de la stratégie de protection des forêts, le type écologique cartographique est utilisé comme paramètre pour planifier les stratégies d’aménagement forestier et les prescriptions sylvicoles au Québec. Cependant, les utilisateurs doutent de sa précision cartographique. Afin de valider la fiabilité de cette donnée et de mesurer les impacts des discordances éventuellement rapportées sur la planification du PQAF 2008-2012, un projet de recherche a été élaboré par le CERFO et la compagnie Claude Forget inc.
Une analyse de concordance du type écologique entre la donnée cartographique du 3e inventaire décennal et la réalité terrain a été réalisée à l’échelle de l’UAF 061-52, à partir de 275 points d’observation terrestres. Les huit types écologiques les plus représentés sur le territoire de l’UAF sont à l’étude (FE32, MJ12, MJ20, MJ22, MJ25, RS21, RS22 et RS25) : ils couvrent 83 % de l’UAF. Seule la végétation potentielle cartographique FE3 présente une concordance satisfaisante (> 75 %). Les discordances observées au niveau de la végétation potentielle peuvent s’expliquer par (1) des signatures spectrales difficiles à distinguer, (2) des seuils basés sur la présence restreinte d’individus, pas toujours présents dans le couvert dominant, et qui sont alors difficiles à photo-interpréter, (3) la taille des placettes d’inventaire qui ne permet pas d’avoir un portrait représentatif de l’hétérogénéité de certains peuplements et (4) une photo-interprétation réalisée à une échelle pas toujours représentative de l’hétérogénéité des peuplements. Concernant le code de milieu physique, le milieu 2, le plus représenté dans l’UAF, présente un degré de concordances satisfaisant (81 %). Les autres milieux (0, 1 et 5) ont une concordance peu ou pas satisfaisante (< 57 %). Les principales causes de discordance sont reliées à une mauvaise évaluation cartographique de l’épaisseur du dépôt, à une confusion entre les textures moyennes et grossières ou à une évaluation du drainage erronée.
Les confusions observées entraînent des impacts plus ou moins importants sur la stratégie d’aménagement (choix des groupes de production prioritaire (GPP), aménagement intensif versus extensif), la planification des opérations forestières (chantiers d’hiver versus d’été pour limiter les risques et contraintes liés aux opérations), certains choix sylvicoles et enjeux de biodiversité. En ce qui concerne la stratégie, la confusion entre FE32 et MJ12 ne génère aucun impact car ces dernières sont systématiquement regroupées dans les filtres utilisés. La confusion entre MJ1 et MS2 ou RS2 est par contre lourde de conséquence car cela implique des changements majeurs de GPP. Plusieurs recommandations, en lien avec l’inventaire sur le terrain, l’amélioration de la qualité de l’information présentée sur la carte écoforestière et la stratégie d’aménagement, sont finalement présentées.
L’information des types écologique est de plus en plus utilisée pour l’élaboration des stratégies d’aménagement et des prescriptions sylvicoles. Par contre, certains utilisateurs manifestent des doutes quant à la fiabilité de ces intrants utilisés en planification forestière. C’est dans cet esprit que le CERFO a été mandaté par la compagnie Claude Forget inc. pour effectuer une étude qui vise à valider la concordance entre l’information du type écologique présent sur la carte écoforestière du 3e inventaire décennal et la réalité terrain.
La réalisation d’un plan de gestion intégrée des ressources d’un territoire donné nécessite, dans un premier temps, de bien connaître le territoire d’étude, tant au niveau des ressources forestières, que des ressources fauniques et récréo-touristiques. Dans le but de mettre en valeur les différentes ressources du territoire et d’optimiser la planification de l’ensemble des activités forestières, un cadre écologique forestier a été construit pour le territoire de la pourvoirie Oscar, à partir des données cartographiques du 3ième inventaire forestier décennal. Ce cadre écologique forestier a été établi à partir de la synthèse des données de pente, dépôts de surface et drainage, ce qui a permis de déterminer treize zones (ou unités) homogènes d’aménagement. Ces zones identifient les sites fragiles et les secteurs qui présentent certaines contraintes de traficabilité. Par la suite, un potentiel forestier relatif bonifié a également été déterminé en utilisant la donnée de type écologique.
Ainsi, la grande majorité du territoire (57 % de la superficie totale de la pourvoirie) ne présente aucune contrainte de traficabilité ainsi qu’aucun risque d’exploitation forestière. Les principaux risques rencontrés sont tout d’abord l’orniérage du sol, que l’on retrouve sur les sols humides à très humides dont la solidité peut être affectée suite au passage de la machinerie forestière. Ce risque couvre environ 7 % du territoire, et est réparti sur l’ensemble de la pourvoirie, essentiellement à proximité des cours d’eau. Suivent ensuite sur environ 5 % de la pourvoirie, des risques de décapage du sol et de chablis, qui touchent les sols qui présentent une contrainte d’épaisseur (épaisseur < 50 cm). Enfin, 2 % du territoire, correspondant aux pentes de plus de 30 % d’inclinaison, présente une contrainte d’accessibilité, ainsi que des risques importants d’érosion. En ce qui concerne le potentiel forestier relatif bonifié, plus de la moitié du territoire de la pourvoirie, soit 54 %, est constituée de sites à très bon potentiel, et 80 % de la superficie totale est occupée par un potentiel bon à excellent.
Suite à la détermination des zones homogènes d’aménagement et du potentiel forestier relatif bonifié, des propositions préliminaires concernant un plan de protection et l’utilisation du potentiel forestier pour optimiser les investissements forestiers ont été faites.
Un inventaire forestier et faunique a été planifié en prévision de la phase II du projet. Le plan de sondage forestier vise d’abord à documenter les séries d’aménagement de la stratégie d’aménagement en prévision du prochain calcul de possibilité pour le plan général d’aménagement forestier. La stratification de l’inventaire se base sur les principales séries d’aménagement. Les paramètres sont inspirés de ceux de l’inventaire allégé tel que proposé par Pierre Morin du MRNQ.
Les inventaires de la faune terrestre seront réalisés en même temps que ceux du milieu forestier dans les mêmes parcelles et le long de virées pour l’orignal, l’ours noir, le lièvre d’Amérique, la gélinotte huppée, la martre, le grand pic et la sitelle à poitrine rousse. Les variables collectées seront notamment l’obstruction latérale, les débris ligneux et les indices de présence de faune. Un inventaire spécifique pour la faune aquatique et les espèces utilisant fortement le milieu aquatique sera réalisé pour le réseau hydrographique de la pourvoirie. Les espèces ciblées pour lesquelles des informations seront collectées en priorité (frayères, barrage, obstacle, aulnaie, plantes aquatiques, etc.) et localisées le long des lacs et cours d’eau permanents sont l’omble de fontaine, le doré jaune, le castor et l’orignal. Des informations complémentaires seront également collectées pour certaines autres espèces comme le touladi.
Cette étude met en évidence l’importance et l’utilité d’un cadre écologique de référence, comme outil pour (1) optimiser la planification forestière et le coût des interventions en milieu forestier, (2) minimiser les impacts environnementaux, et (3) aider à la planification de l’aménagement du territoire. Le cadre écologique de référence a été construit à partir du système hiérarchique de classification écologique du MRNQ, des données de dépôts de surface, pente et drainage et régime hydrique.
Ce cadre a permis tout d’abord de localiser et de mettre en évidence l’importance des portions du territoire de la région administrative de Lanaudière qui présentent des risques et contraintes pour l’exploitation forestière et l’aménagement du territoire. La majorité du territoire étudié ne présente aucune contrainte d’exploitation (51 % de la superficie totale), et la principale contrainte rencontrée dans cette région (elle couvre 21 % du territoire) est la faible épaisseur du sol, entraînant des risques de décapage de ce dernier. Le cadre écologique de référence a également permis d’attribuer un potentiel forestier relatif à chaque portion de territoire. La majorité des terres de la région administrative de Lanaudière ont un potentiel modéré (48 % de la superficie de la région étudiée), suivi respectivement par les classes de faible potentiel, et de bon à très bon potentiel.
À partir de la définition et de la cartographie des zones homogènes d’aménagement provenant du cadre écologique de référence (une zone homogène d’aménagement correspond aux portions d’un territoire ayant un même potentiel forestier relatif, et présentant les mêmes risques et contraintes d’exploitation), des mesures concernant un plan de protection ont été proposées. Enfin, en combinant la couverture forestière au cadre écologique de référence, des séries d’aménagement ont été élaborées. Ces dernières peuvent avoir leur propre objectif de production (essence à favoriser), leur propre scénario sylvicole et leur propre rendement. Des stratégies de remise en production des friches ont aussi été proposées, et en particulier des recommandations sur le choix des essences pour la plantation par zone homogène d’aménagement. Certaines des espèces de compétition fréquemment rencontrées ont également été caractérisées par type écologique, de manière à prévoir l’importance des travaux d’entretien qui devront être nécessaires, pour assurer la survie et la bonne croissance des semis ou des plants.
Enfin, il est important de prendre conscience des limites du cadre écologique de référence présenté dans le cadre de cette étude, essentiellement dues au manque de précision des données utilisées lors de sa construction (cartes du drainage, des pentes, dépôts de surface, etc.). De plus, ce cadre est en constante évolution, et peut être sujet à toute amélioration, dès qu’une nouvelle source de données plus précises est disponible pour son élaboration.