Détection des arbres morts sur pied dans une forêt de sapins de montagne (...)

Titre complet: Détection des arbres morts sur pied dans une forêt de sapins de montagne, un indicateur de l'état de santé et de la maturité

Par Jean-Philippe Denux (UMR Dynafor, EI-Purpan, résultats du projet Conectfor).

La quantité de bois mort peut être liée à l'habitat de la faune et à la biodiversité des peuplements forestiers, ainsi qu'aux dommages causés par les maladies et les ravageurs. Notre objectif est de cartographier la densité des arbres morts sur pied comme un indicateur de la qualité environnementale des forêts de sapins. Dans les peuplements forestiers gérés, elle pourrait être utilisée comme un indicateur de l'état de santé, dans les forêts anciennes non gérées, elle est un indicateur de maturité. Notre zone d'étude couvre 1000 km² dans la chaîne de montagnes des Pyrénées, à la frontière entre la France et l'Espagne. Les forêts de sapins et autres conifères s'étendent de 600 m à 2000 m et couvrent une superficie d'environ 25000 ha. Des photographies aériennes à très haute résolution (0,2 m) ont été acquises en 2016 et 2019. Nous avons géré une mosaïque de 25 tuiles de 5x5 km, image à 3 bandes. Les zones de forêts de conifères ont été cartographiées avec les données de l'inventaire forestier national. Un modèle d'apprentissage profond de type " single shot detector " (SSD) a été utilisé. Ce modèle est basé sur un réseau neuronal convolutif (CNN) ResNet-34 avec 6 couches supplémentaires utilisées pour extraire des objets rectangulaires à différentes échelles. Pour entraîner le modèle, 620 arbres morts ont été localisés visuellement sur les photographies aériennes de 2018. Pour chaque arbre mort, une imagette de 256x256 pixels a été extraite. Des processus d'augmentation des données ont été appliqués, pour chaque imagette, nous avons effectué des rotations de 90 degrés, 180 degrés et 270 degrés dans le sens des aiguilles d'une montre et une translation de 52 pixels. Le modèle a été entraîné avec 2500 itérations, avec 66% des données d'entraînement. Les objets détectés sont carrés ou rectangulaires (rapport de forme 1/1 ou 1/1,5), avec moins de 10% de superposition. Les 33 % de données d'entraînement restantes ont été utilisées pour évaluer la précision en calculant le score de précision moyen. Les résultats du modèle montrent un score de précision moyen de 0,845. Le centroïde de chaque arbre mort a été cartographié pour les années 2016 et 2018. En utilisant une fenêtre mobile de 100x100m pour compter le nombre d'arbres morts sur pied par hectare et pour cartographier le résultat à 20 m de résolution. Les résultats ont été analysés à l'aide de plages d'altitude. Dans les sapinières, la densité des arbres morts sur pied augmente lorsque l'altitude diminue, la moyenne des arbres morts par hectare passe de 0,7 pour les peuplements les plus élevés (plus de 1700 m) à 1,4 pour les peuplements de basse altitude (de 750 m à 1250 m). 1900 hectares de forêts anciennes ont été recensés et cartographiés dans notre zone d'étude, nous avons comparé la densité des arbres morts à l'intérieur et à l'extérieur de ces forêts. Dans ces forêts matures, la densité des arbres morts sur pied est plus élevée, pour les mêmes classes d'altitude, elle passe de 2,0 à 3,3. Avec cet ensemble de données, nous avons observé que les densités d'arbres morts sur pied ont systématiquement augmenté de 2016 à 2019.