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Classification climatique des plantes
Pourquoi une classification climatique des plantes ?
L’objectif d’une classification est d’abord de résumer les informations apportées par les résultats ou les observations en les rassemblant dans des groupes. Ensuite, elle organise ces groupes selon une hiérarchie qui permet de dégager les phénomènes majeurs intervenant dans la distribution de ces groupes.
Une classification est appliquée à l’étalonnage climatique des taxons, car ce dernier constitue un inventaire volumineux. Elle permet de rassembler les taxons en groupes phytoclimatiques appelés plus simplement phytoclimats. L’agencement hiérarchique de ces phytoclimats met d’abord en évidence les principaux gradients climatiques de flore à l’échelle de la France, puis des gradients plus localisés témoignant de l’originalité et de la richesse climatiques des comportements des taxons.
Importance des fidélités cumulées comme moyen de comparaison des comportements
Différents moyens permettent de comparer des comportements écologiques entre taxons ou groupes de taxons. Les paragraphes précédents (§ 3.2.1.2.) ont montré que certaines études tentent de comparer des profils écologiques, soit par des fréquences absolues des taxons dans les gammes de variables environnementales, soit par des fréquences relatives, ou bien par des fréquences corrigées (Gounot, 1969 ; Daget et Godron, 1982). A l’issue de la discussion sur ces méthodes de comparaisons, il a été choisi d’employer des fréquences relatives cumulées afin de tenir compte de l’intermittence des taxons dans les rangs d’une variable.
Lors de la classification climatique des plantes, l’usage des fréquences relatives cumulées est remplacé par celui des fidélités cumulées. La fidélité est un critère emprunté à la phytosociologie, dont Braun-Blanquet a défini l’usage (1932) et qui s’applique aux tableaux de relevés phytosociologiques. Ce critère tente de repérer les taxons liés aux associations végétales définies par les phytosociologues, en mesurant leur probabilité d’occurrence. Dans le cadre de la classification climatique des plantes, la fidélité représente la probabilité de présence d’un taxon dans un rang d’une variable climatique. Elle se calcule de la façon suivante :
FID(T,V) = Fréquence du taxon T près du rang V / ∑ fréquences de T dans les rangs de la variable W.
Soient FID(T,V), la fidélité du taxon T près du rang V et FIC(T,V1) la fidélité cumulée de T près des rangs 1 à V1 : la fidélité cumulée se calcule par la relation suivante :
FIC(T,V1) = [∑FID(T,V) pour V=1 à V1] / [∑FID(T,V) pour V=1 à NBV(W)] où NBV(W) est le nombre de rang du facteur W.
La fidélité cumulée d’un taxon a donc la même dimension qu’une probabilité. Elle permet de comparer les comportements climatiques des taxons entre eux, indépendamment de leur intermittence dans les rangs d’une variable.
Choix d’une mesure de distance entre les comportements
La classification utilisée est ascendante hiérarchique, car elle part des différences les plus faibles entre individus et les agrège les unes après les autres. Ces mesures de différences doivent permettre de rapprocher les éléments les plus similaires entre eux afin de construire, par la suite, des groupes d’éléments climatiquement semblables.
Dans le cadre de la classification des comportements climatiques des plantes, le choix s’est porté sur l’utilisation d’une différence qui se rapproche de la distance du City-Block (Manhattan), laquelle est basée sur la valeur absolue de la somme des différences entre deux taxons. Comme les comportements climatiques des taxons ne sont pas situés dans un espace euclidien mais probabiliste, en raison de l’utilisation de la fidélité cumulée des taxons dans les rangs des variables, il convient de ramener la valeur absolue de la somme des différences à l’ensemble des rangs de la grandeur climatique étudiée. Cette différence représente la probabilité pour que deux taxons soient différents, c’est-à-dire que leur répartition soit disjointe dans tous les rangs du facteur. Elle est représentée par la relation suivante :
DIF(T1,T2) = [∑|FIC(T1,V) – FIC(T2,V)|] / ∑NBV(W)
où NBV(W) est le nombre de rangs du facteur W.
Le calcul des différences de comportement climatique entre taxons conduit à créer une hiérarchie où les taxons sont rangés selon leur similitude. Une fois ce tableau des similitudes constitué, il convient de choisir un critère pour agréger les taxons en groupes de même comportements. L’algorithme rassemble deux plantes ou deux groupes qui ont les comportements les plus similaires, c’est-à-dire, ceux qui ont les différences les plus faibles. Au début de la classification se sont seulement des plantes. Dès que deux plantes s’agrègent pour constituer un groupe, ce groupe est caractérisé avec les mêmes paramètres que pour la caractérisation climatique d’une plante, si bien que l’algorithme d’agrégation s’applique de la même façon aux groupes et aux plantes. Le calcul se poursuit par la caractérisation climatique du groupe de deux taxons par rapport aux autres plantes. Il recalcule ensuite les différences entre toutes les plantes et le groupe, puis il agrège à nouveau une plante à ce groupe, ou bien après d’autres agrégations, il peut agréger deux groupes entre eux. L’algorithme se termine quand tous les taxons et les groupes ont été agrégés et ne forment plus qu’un seul groupe dont le pouvoir indicateur est nul et la position est la médiane de toutes les plantes.
Le découpage du tableau des agrégations permet de produire un arbre de classification. Ce découpage est commandé par la hiérarchie, car un groupe représente une branche distincte de cette dernière : les grands groupes montrent des phénomènes majeurs, ceux qui provoquent les différences les plus grandes ou qui contiennent les effectifs les plus nombreux. Les groupes les plus petits montrent des particularités qui s’observent en général sur une échelle plus réduite.
Lors du découpage, un groupe doit comprendre au minimum cinq plantes. Le découpage s’effectue à partir des différences les plus grandes pour aller aux différences les plus faibles. Au premier découpage, deux groupes sont obtenus, puis il se poursuit pour les groupes successifs et ainsi de suite. Le niveau de synthèse représente un ensemble de groupes qui ont des différences similaires et qui se suivent. Les groupes les plus petits de moins de cinq plantes ne sont pas présentés.
Justesse des niveaux de synthèse
La justesse des niveaux de synthèse a pour objectif de savoir quelle est la part d’information qui est expliquée pour chaque groupe selon chaque niveau de synthèse. Elle mesure la concordance entre les distances des agrégations d’un niveau et les distances initiales des individus. Elle s’exprime par la relation suivante :
Justesse = (∑DP – ∑| DP – DA |) / ∑DP
avec DP étant les distances entre les plantes de la hiérarchie : c’est une constante. DA représente les distances entre les groupes de plantes d’un niveau de synthèse.
Table des matières
Premier fascicule : Exposé de la thèse LES PLANTES INDICATRICES DU CLIMAT EN FRANCE ET LEUR TELEDETECTION
REMERCIEMENTS
RESUME
RIASSUNTO
SUMMARY
AVANT PROPOS
CHAPITRE 1 : INTRODUCTION GENERALE
1.1. Objectif de la recherche
1.2. Echelle de perception des phénomènes étudiés
1.2.1. Echelle de perception des relations entre plantes et climats
1.2.2. Echelle de perception des relations entre plantes et mesures satellitaires
1.3. Hypothèses de recherche
1.3.1. Expression du lien entre une plante et un facteur du milieu
1.3.2. Influences des facteurs climatiques sur les plantes
1.3.2.1. Le climat : définition et caractérisation
1.3.2.2. Importance des valeurs moyennes dans les relations entre plantes et climats
1.3.2.3. Action de la température et des précipitations sur les plantes.
1.3.3. Evolution des méthodes en phytoclimatologie
1.3.3.1. La démarche géographique en phytoclimatologie : le problème des limites
1.3.3.2. La géographie des associations végétales
1.3.3.3. La démarche écologique stationnelle en phytoclimatologie
1.3.4. Propositions pour une démarche stationnelle et probabiliste en phytoclimatologie
1.3.4.1. Nature des données floristiques et climatiques
1.3.4.2. Schéma d’un traitement probabiliste
1.3.5. Télédétection de la végétation : concepts généraux et méthodes
1.3.5.1. Concepts généraux sur les propriétés optiques des végétaux
1.3.5.2. Intérêt de NOAA AVHRR pour la télédétection de la végétation
1.3.5.3. Les méthodes d’étude de la télédétection des végétaux terrestres
1.3.6. Une démarche écologique probabiliste pour la télédétection de la végétation
1.4. Conclusion : intérêt d’une démarche stationnelle et probabiliste pour l’étude des relations entre les plantes et leurs milieux
CHAPITRE 2 : DONNEES FLORISTIQUES ET CLIMATIQUES
2.1. Les données floristiques de la banque « Sophy »
2.1.1. Les relevés phytosociologiques
2.1.2. Localisation des relevés
2.1.3. Les codes floristiques
2.1.4. Références bibliographiques
2.1.5. Bilan de la banque « Sophy »
2.2. Les données climatiques de Météo-France
2.2.1. Variables climatiques utilisées
2.2.2. Estimation des données climatiques manquantes
2.2.2.1. Principe du calcul des données manquantes
2.2.2.2. Résultats du calcul des données manquantes
2.3. Echantillonnage des relevés aux alentours des postes climatiques
CHAPITRE 3 : UN MODELE PROBABILISTE DES RELATIONS ENTRE PLANTES ET CLIMATS
3.1. Introduction
3.2. Approches usuelles en écologie végétale et choix d’une méthode probabiliste
3.2.1. La méthode phyto-écologique
3.2.1.1. Découpage des mesures environnementales en classes
3.2.1.2. Fréquences corrigées et profils écologiques
3.2.1.3. Sélection des espèces et des descripteurs selon leur information mutuelle
3.2.1.4. Constitution des groupes écologiques de taxons
3.2.1.5. Conclusion sur l’analyse fréquentielle
3.2.2. Corrélations et régressions
3.2.3. Les analyses multidimensionnelles
3.2.4. Les classifications
3.2.5. Conclusion sur les hypothèses des procédés usuels en écologie végétale
3.3. Etalonnage climatique de la flore
3.3.1. Principes généraux
3.3.2. Codage des données ordinales par des rangs
3.4. Influence d’un facteur sur une plante
3.4.1. Proximité d’un taxon dans la gamme d’un facteur climatique
3.4.2. Caractérisation du comportement climatique d’un taxon
3.4.3. Représentation graphique des comportements climatiques
3.5. Estimation du climat d’après la flore
3.5.1. Position modale d’une distribution
3.5.2. Justesse et stabilité des estimations
3.6. Classification climatique des plantes
3.6.1. Pourquoi une classification climatique des plantes ?
3.6.2. Importance des fidélités cumulées comme moyen de comparaison des comportements
3.6.3. Choix d’une mesure de distance entre les comportements
3.6.4. Justesse des niveaux de synthèse
3.6.5. Comportement climatique d’un groupe phytoclimatique
3.6.6. Représentation graphique des comportements des groupes phytoclimatiques
3.6.7. Cartographie des groupes phytoclimatiques
3.7. Conclusion
CHAPITRE 4 : LES PLANTES INDICATRICES DU CLIMAT
4.1. Introduction
4.2. Exemples de comportements climatiques de taxons en France
4.3. Expression de comportements climatiques de taxons en fonction de leur abondance
4.4. Comportements climatiques de taxons issus de mêmes genres
4.4.1. Comportements climatiques des taxons du genre Cistus
4.4.2. Comportements climatiques des taxons du genre Genista
4.4.3. Comportements climatiques des taxons du genre Lonicera
4.5. Discussion sur les principaux catalogues de comportements climatiques
4.5.1. Le catalogue d’Ellenberg
4.5.2. Le catalogue de l’USGS
4.5.3. Apports du nouvel étalonnage climatique de la flore par rapport aux précédents
4.6. Conclusion et perspectives
CHAPITRE 5 : LES PHYTOCLIMATS EN FRANCE
5.1. Introduction
5.2. Présentation des principaux phytoclimats de France
5.2.1. Groupes phytoclimatiques du premier niveau de synthèse
5.2.2. Groupes phytoclimatiques du deuxième niveau de synthèse
5.2.3. Groupes phytoclimatiques du troisième niveau de synthèse
5.2.4. Gradients climatiques repérés par les groupes phytoclimatiques de France
5.2.5. Conclusion : identification des gradients climatiques de flore à l’échelle de la France
5.3. Apports d’une démarche probabiliste pour l’étude des phytoclimats en France
5.3.1. Les travaux des phytogéographes et leur comparaison avec les phytoclimats
5.3.2. Apports de la nouvelle classification climatique de la flore par rapport à celle de 1977
5.4. Conclusion : cohésion écologique et géographique des phytoclimats
CHAPITRE 6 : LES PLANTES INDICATRICES DES CARACTERISTIQUES SPECTRALES
LEURS MILIEUX. PERSPECTIVES POUR LA TELEDETECTION DES PHYTOCLIMATS
6.1. Introduction
6.2. Les images NOAA AVHRR
6.2.1. Correction des images brutes
6.2.1.1. Etalonnage radiométrique
6.2.1.2. Corrections atmosphériques
6.2.1.3. Détection des nuages et des côtes
6.2.1.4. Corrections géométriques
6.2.1.5. Ré-échantillonnage
6.2.2. Sélection des images prétraitées
6.2.3. Sélection des variables utilisées dans le cadre de l’étalonnage satellitaire des plantes
6.2.3.1. Facteurs de variation du NDVI
6.2.3.2. Synthèses numériques du NDVI
6.2.4. Echantillonnage des taxons botaniques dans les pixels NOAA
6.2.5. Préparation des données satellitaires en vue de leur étalonnage
6.3. Etalonnage spectral des milieux de la flore de France
6.3.1. Principes généraux de l’étalonnage
6.3.2. Expression graphique des résultats
6.4. Relations entre les caractéristiques spectrales des milieux et la flore qui les structure
6.4.1. Exemples de plantes de même milieux
6.4.1.1. Plantes de milieux montagnards
6.4.1.2. Plantes de milieux méditerranéens
6.4.1.3. Plantes des plaines et collines continentales
6.4.1.4. Plantes des landes et des forêts de l’ouest
6.4.1.5. Plantes des littoraux
6.4.1.6. Plantes des ripisylves et des milieux aquatiques dulçaquicoles
6.4.2. Exemples de gradients spectraux de milieux exprimés par les taxons de mêmes genres
6.4.2.1. Comportements spectraux des milieux renfermant des taxons du genre Rhamnus
6.4.2.2. Comportements spectraux des milieux renfermant des taxons du genre Quercus
6.4.2.3. Comportements spectraux des milieux renfermant des taxons du genre Gentiana
6.4.3. Conclusion
6.5 Exemples de relations entre phytoclimats et mesures satellitaires vues par la concordance entre températures et valeurs cumulées du NDVI
6.6. Intérêt de l’étalonnage entre la flore et les mesures NOAA et perspectives pour un étalonnage des phytoclimats en France
6.6.1. L’étalonnage de la flore : une approche écologique
6.6.2. Pourquoi la télédétection des phytoclimats ?
6.6.3. Le problème des données manquantes en télédétection
6.7. Conclusion et perspectives
CHAPITRE7 : CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
ANNEXE 1 : Liste des taxons climatiquement étalonnés
ANNEXE 2 : Correspondance entre les valeurs des optimums climatiques exprimés en pourcentages les mesures climatiques réelles
ANNEXE 3 : Dendrogramme complet de la classification climatique des plantes étalonnées en France
ANNEXE 4 : Dendrogramme réduit de la classification climatique des taxons étalonnés en France
ANNEXE 5 : Exemple de fichier Leader d’une image NOAA AVHRR de niveau 3
ANNEXE 6 : Liste des images présentant des artéfacts au niveau de la France
ANNEXE 7 : Résultats de l’étalonnage de la flore et des indices différents du NDVI pour un nombre limité de taxons en France
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
