Détermination du régime des feux en milieu de savane à Madagascar à partir de séries temporelles d'images MODIS

Abstract

Dans les milieux de savanes, l'identification des surfaces brûlées et leur suivi sont des informations essentielles pour assurer une bonne gestion et conservation de ces écosystèmes. L'approche choisie repose sur l'analyse de séries temporelles d'images de télédétection à moyenne résolution spatiale. Les savanes étudiées sont situées sur le bassin versant de Marovoay au nord-ouest de Madagascar : elles présentent la particularité d'un taux de recouvrement de la végétation faible. Les développements méthodologiques ont été concentrés sur deux thèmes : la signature spectrale des surfaces brûlées et la méthode de cartographie de ces surfaces. Dans un premier temps, une analyse spectrale est menée pour évaluer la capacité de six indices spectraux (NDVI, SAVI, BAI, GEMI, Albédo et Indice de Brillance) à discriminer les surfaces brûlées. Les résultats montrent que l'Indice de Brillance est le plus performant. Dans un second temps, une méthode de cartographie des surfaces brûlées annuellement est développée. Elle s'appuie sur le traitement d'une série temporelle de synthèses MODIS à huit jours sur la période 2000–2007. À partir de l'analyse des variations intra-annuelles de l'Indice de Brillance, deux indicateurs spatiaux – annuel et saisonnier – sont élaborés pour localiser les surfaces brûlées et déterminer la période de passage du feu. L'utilisation des courbes ROC pour le seuillage de l'indicateur de surface brûlée permet de définir la valeur optimale pour laquelle les erreurs d'omission et de commission sont minimisées. Les résultats sont évalués par comparaison avec des cartes de surfaces brûlées produites à partir d'images à haute résolution spatiale. La qualité d'identification des surfaces brûlées est bonne, avec un indice Kappa entre 0,74 et 0,76 et une précision cartographique entre 76% et 79%.

In savannah areas where fire is a predominant practice, the localization and the monitoring of burned areas are essential information to develop an accurate management system of this ecosystem. This problem is addressed through the analysis of time series of medium spatial-resolution remotely sensed images. The authors studied the savannah localized on the Marovoay watershed, on the north-west coast of Madagascar. These present the particularity of a low vegetation cover. The methodological developments proposed in this article concern more specifically two domains: the spectral signature of burned areas and the method for mapping these areas. First, a spectral analysis is undertaken to assess the capacity of six spectral indexes (NDVI, SAVI, BAI, GEMI, Albedo and Brightness Index) to discriminate burned areas. Results show that the Brightness Index is the best. Then, a method for mapping annual burned areas at the scale of the watershed is developed. It is based on the processing of a MODIS eight-day composite times series over the period 2000–2007. Analysis of the intra-annual variations of the Brightness Index leads to the definition of two spatial indicators – annual and seasonal – elaborated to localize the burned areas and to determine the period at which the fire occurs within the fire season. The ROC curves are used as a threshold tool to define the optimal value of the burned area indicator that minimizes both omission and commission errors. The validation of the MODIS burned areas maps consists of the comparison with burned areas maps produced with high spatial-resolution remotely sensed images. The quality of the results is good, with a Kappa index between 0.74 and 0.76 and a cartographic index between 76% and 79%.

Remerciements

Les auteurs tiennent à remercier le Programme de Lutte Anti-Érosive à Madagascar pour avoir permis la réalisation de ce travail ainsi que Jean-Marie Grégoire pour ses relectures de qualité.