Estimation de la diversité en espèces des prairies à partir de leur hétérogénéité spectrale en utilisant des séries temporelles d'images satellite à haute résolution spatiale

Résumé : Les prairies représentent une source significative de biodiversité dont le suivi sur de larges étendues est important. L’Hypothèse de Variation Spectrale (Spectral Variation Hypothesis – SVH) suppose que l’hétérogénéité spectrale d’une image de télédétection d’un habitat est liée à l’hétérogénéité de cet habitat et qu’elle peut être utilisée comme proxy pour la diversité en espèces de cet habitat [2, 3]. Dans cette étude, nous supposons que les espèces prairiales diffèrent dans leur phénologie et donc que les variations temporelles peuvent être utilisées additionnellement aux variations spectrales pour estimer la diversité spécifique des prairies. Le but de cette étude est de vérifier la SVH sur la diversité alpha des prairies en utilisant des séries temporelles d’images satellite denses avec une haute résolution spatiale. Notre méthode pour estimer l’hétérogénéité spectro-temporelle est basée sur un clustering des pixels des prairies en utilisant une technique robuste à la grande dimension des données [1]. Nous proposons de nouvelles mesures d’hétérogénéité spectrale derivées de ce clustering et calculées à l’échelle de la prairie. Nous les comparons à une mesure d’hétérogénéité spectrale souvent utilisée mais qui ne prend pas bien en compte la répartition des distributions dans l’espace spectral : la distance moyenne au centroïde [3]. La méthode est expérimentée sur 192 prairies du sud-ouest de la France (Coteaux et Vallées de Gascogne) en utilisant une série temporelle multispectrale et intra-annuelle acquise avec le satellite SPOT5 et comprenant 18 images, d’avril à septembre 2015. Deux des mesures d’hétérogénéité spectrale proposées s’avèrent significativement corrélées à l’indice de Shannon des prairies : la variabilité intra-classe et l’entropie spectrale. La combinaison de ces deux mesures atteint un coefficient de détermination ajusté de 0.13 (p-value < 0.001) en utilisant un modèle linéaire multivarié. Nous concluons que la SVH est vérifiée dans les prairies en utilisant des séries temporelles d’images satellite avec une haute résolution spatiale et temporelle. Les mesures d’hétérogénéité spectrale proposées semblent être un outil prometteur pour estimer et cartographier la diversité en espèces des prairies.