BioEOS

BioEOS propose de développer des d’outils d’observation pour caractériser la dynamique spatiotemporelle de la biodiversité côtière, cartographier les changements, produire des indicateurs opérationnels afin de rendre compte de son état, et améliorer les mesures de conservation. Son premier démonstrateur concerne la région du sud-ouest de l’océan Indien.

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Biodiversité en milieu corallien © W. Croizé-Fillon (illustration) & B. Brisset (Photo)

BIOdiversity Earth Observation and monitoring at regional Scale

Présentation

Avec un effet temporellement stabilisant sur les fonctions des écosystèmes, la biodiversité constitue un capital naturel délivrant d’importants services et bénéfices pour l’humanité allant des besoins alimentaires au patrimoine culturel. Cependant, les espèces disparaissent à un taux de 100 à 1000 fois plus élevé que le taux naturel. En Europe, seulement 17% des habitats et des espèces et 11% des écosystèmes clés, protégés par une législation européenne, sont dans un état satisfaisant. Les enjeux sont posés à différents niveaux : rétablissement ou maintien des fonctionnalités des écosystèmes, viabilité économique, gestion intégrée des usages et planification spatiale, prise en compte des altérations plus ou moins réversibles des écosystèmes (ex. changement climatique) dans la gestion des ressources. Parmi les principaux besoins de connaissance identifiés (Mongruel et al. 2019), certains concernent les écosystèmes côtiers. Ces derniers recèlent une biodiversité exceptionnelle qui confère à la France une responsabilité particulière, y compris vis-à-vis de la communauté internationale. Ils sont cependant considérés parmi les plus vulnérables car les plus exposés aux pressions anthropiques, dont les impacts se cumulent.

Menacés d’effondrement d’ici 2050, les récifs coralliens, comptent en effet parmi les écosystèmes les plus productifs, mais également parmi les plus menacés. La dernière évaluation de la biodiversité mondiale réalisée en 2019 par l’IPBES (Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques) indique que le couvert corallien vivant a diminué de près de 50 % depuis 1870. Malgré leur vaste superficie, estimée à 300 000 km² à travers le globe, les herbiers marins, figurent parmi les écosystèmes côtiers les plus méconnus. L’évaluation de leur état de santé au cours du temps reste difficile à établir en raison de données de surveillance très limitées. La majorité des territoires ultramarins abritent en effet des herbiers présentant des signes majeurs de dégradation (Ifrecor, 2021).

De nombreuses évaluations de la biodiversité sont basées sur des inventaires d'espèces et les efforts peuvent être considérables pour identifier toutes les espèces présentes dans une région et plus encore s’il s’agit de décrire et de caractériser la distribution des espèces à large échelle. Basée sur des acquisitions d’information ponctuelles ou le long de transects, la plupart des approches ne peut fournir qu’un aperçu limité du modèle de distribution spatiale de la biodiversité. Des changements associés dans la composition des espèces aux gradients environnementaux, il existe un réel besoin d’indicateurs simples, intégrateurs et opérationnels avec des capacités à distinguer les effets des pressions directes et indirectes. Les images satellite permettent d’apporter des éléments de réponse.

Objectifs

BioEOS propose ainsi de développer des outils d’observation pour acquérir des données fiables et pertinentes qui rendent compte de la variabilité spatio-temporelle de la biodiversité à large échelle en utilisant principalement des images de télédétection. Plus précisément, BioEOS se fixe les objectifs suivants :

Caractériser la dynamique spatiotemporelle de la biodiversité par analyse des séries temporelles d’images satellite multicapteurs, notamment Pléiades et Sentinel. Le traitement de ces images sera enrichi par l’intégration d’observations in situ accessibles via les réseaux de surveillance et les bases de données de référence nationale et mondiale.

Cartographier les changements et produire des indicateurs pour rendre compte de l’impact des changements globaux sur la dynamique spatio-temporelle de l’état de la biodiversité côtière. Au-delà des besoins d’indicateurs d’état en lien avec des pressions anthropiques, la détection de changements brutaux intervenant à la suite d’événements ponctuels (cyclones, canicules, modification de la salinité de l’eau, changement de niveau de la mer, évènements géologiques), est aussi un enjeu primordial pour les différents acteurs régionaux et nationaux concernés par le suivi à grande échelle en zone côtière.

Exemple d’image Sentinel-2 acquise en aout 2022 sur les Glorieuses (océan Indien). © Contains modified Copernicus Sentinel data 2022 processed by Sentinel Hub

L'ambition de BioEOS est de fournir des informations génériques qui pourraient être utilisées pour répondre à différents besoins et objectifs tels que : (i) l’évaluation de l'état des récifs coralliens, un écosystème complexe avec de multiples transitions en fonction des facteurs des pressions qui s’y exercent, (ii) le suivi de l'étendue et la structure des herbiers marins en tant que bio-indicateur de la qualité de l'eau ou encore (iii) la dynamique géomorphologique des fonds marins en tant qu'information importante pour déterminer les changements qui s’opèrent dans les habitats côtiers de manière générale.

BioEOS bénéficie, à sa date de démarrage, du soutien institutionnel du CNES, du Secrétariat Général pour les Affaires Régionales (SGAR) via la DEAL (Direction de l'Environnement, de l'Aménagement et du Logement) Réunion, de l’OFB, des TAAF (Terres Australes et Antarctiques Françaises) et de la RNMR (Reserve Naturelle Marine de le Réunion).

Site(s) d’application

Région Sud-Ouest de l'océan Indien :

Territoire 1 : La Réunion, France
Territoire 2 : Glorieuses, France
Territoire 3 : Mayotte, France
Territoire 4 : Bassas da India, France

Parce que les extinctions globales d'espèces sont environ 60 fois plus élevées dans les DOM-TOM qu'en France métropolitaine (Gargominy, 2003), BioEOS se focalise sur la Région Sud-Ouest de l'océan Indien pour mettre en place un démonstrateur de suivi de la biodiversité littorale. Au-delà de l'intérêt pour les écosystèmes vulnérables qu'abrite cette région (e.g. récifs coralliens, mangroves, herbiers), une telle zone présente également un gradient de pression anthropique, les îles Eparses étant considérées comme dépourvues de pressions directes humaines. Pour ce démonstrateur, un ensemble de paramètres et proxy (estimation d’une variable non mesurable directement) de l’état de biodiversité sera extrait des données collectées sur les sites pilotes. Les chaînes de traitement seront basées principalement sur des algorithmes de traitement d’images et d’apprentissage machine éprouvés par la communauté scientifique.

Sites pilote pour la mise en œuvre du démonstrateur BioEOS (à gauche) et écosystèmes ciblés pour développer des indicateurs de suivi de la biodiversité (Herbiers marins, récifs coralliens, et géomorphologie des fonds (à droite). © T. Bajjouk (illustration), B. Brisset (Photo récif corallien) & M. Contini (Photo herbier)

Données

Satellite

Images radar et multispectrales à haute résolution spatiale et temporelle :

Pléiades ;
Constellation Sentinel du programme Copernicus ;
PRISMA.

Autres

Observations in situ des réseaux de surveillance et bases de données régionales, nationales (BD Récif, REPHY, campagnes à la mer, données du Parc naturel marin de Mayotte, …) ou internationales ;
Données acquises avec la planche instrumentée de capteurs acoustique et optique développée dans le cadre du projet INTEREG IoT (Indian Ocean Turtle) coordonnée par Ifremer.

Résultats – Produit(s) final(aux)

In fine, ce sont des métriques caractérisant spatialement la biodiversité qui seront recherchées. Les produits peuvent être classés en deux catégories :

Les produits élémentaires tels que les séries temporelles des images issues de la fusion multi-capteurs, les cartes d’habitats, distribution d’espèces, indices spectraux, indices géomorphologiques et tout autre métrique individuelle pouvant servir pour la construction des indicateurs,
Les données élaborées ou agrégées, directement utilisables par des utilisateurs finaux, sous forme d’indicateurs d’évaluation et de suivi de la biodiversité (e.g. vitalité corallienne, diversité beta) adaptés de l’état de l’art ou nouvellement construits par BioEOS.

Références

•   Gargominy O. (Ed.) 2003. Biodiversité et conservation dans les collectivités françaises d’outre-mer. Collection Planète Nature. Comité français pour l’UICN, Paris, France. x et 246 pp.
•   Ifrecor, 2021. Etat de santé des récifs coralliens, herbiers marins et mangroves des outre-mer français. Bilan 2020. 335 p.
•   IPBES (2019): Summary for policymakers of the global assessment report on biodiversity and ecosystem services of the Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services. IPBES secretariat, Bonn, Germany. 56 p.
•   Mongruel R. et al. (2019). Milieux marins et littoraux : évaluation des écosystèmes et des services rendus. Rapport de l’étude réalisée pour le compte du programme EFESE.

Projet(s) lié(s)

INTEREG IoT, projet coordonnée par l’IFREMER, dont les données acquises au moyen de capteurs acoustiques et optiques vont alimenter BioEOS
SCO :
- TAHATAI
- Mangroves