Forêts tropicales : la 3D au pied de l’arbre
11/04/14

Si elle veut être optimale, l’exploitation forestière doit pouvoir connaître au plus près le volume des arbres sur pied. Le hic : certains troncs, morphologiquement « extrêmes », ne se prêtent pas facilement aux techniques classiques de mesure. Il faut donc avoir recours à des outils plus sophistiqués, capables de modéliser les arbres en trois dimensions. Grâce au travail d’un jeune doctorant de l’Unité de Gestion des Ressources forestières et des Milieux naturels (Université de Liège), l’un de ces outils - le « LIDAR terrestre » - est en cours d’expérimentation pour la toute première fois en forêt tropicale humide. Une avancée plus que prometteuse, à l’heure où les services écosystémiques rendus par la forêt (climat, biodiversité…) ne cessent d’être mis en avant.

On ne prépare pas un festin sans avoir préalablement répertorié ce qui se trouve dans le garde-manger… Toutes proportions gardées, ce qui vaut pour le domaine culinaire vaut également dans la sylviculture. Impossible, en effet, pour un  gestionnaire forestier qui se respecte, d’évaluer la valeur de son patrimoine s’il n’a pas préalablement identifié les essences présentes dans sa forêt, mais aussi l’âge, la grosseur (diamètre), la hauteur et le volume des arbres qui la composent. Pour réaliser ce type de démarche (les spécialistes parlent d’«inventaire »), les forestiers de nos régions disposent d’outils dendrométriques classiques tels que le compas ou - plus basique encore -  le simple mètre ruban. Après avoir déterminé la circonférence de l’arbre à une hauteur standard (le plus souvent à 1,30 mètre), il leur suffit  de se référer à des « équations de cubages »  (également appelés « tarifs de cubage ») qui leur permettent instantanément d’obtenir le volume de l’arbre mesuré.

Et le tour est joué ? Pas si vite ! Ces « tarifs » ont beau avoir joué le rôle de « bible » pour des générations entières de forestiers, ils n’en présentent pas moins des limites, particulièrement dans le cas d’arbres morphologiquement irréguliers. Allez donc prendre le diamètre d’un arbre à hauteur de poitrine lorsque celui-ci est sujet à cannelures ou à contreforts ! Les cannelures sont, en sylviculture, des sillons pouvant s’étendre sur toute la longueur d’un tronc depuis le sol jusqu’aux premières branches principales. Parfois bien plus spectaculaires encore, les contreforts sont ces renflements ligneux en forme de crêtes, faisant penser à des « racines » obliques sortant tout droit du sol. Peu présentes chez la plupart des arbres de nos forêts tempérées, ces singularités morphologiques peuvent être très marquées sur les arbres des forêts tropicales humides, au point de rendre impossible - sinon au prix d’erreurs pouvant grimper jusqu’à 30 % ! - toute mesure dendrométrique classique.

LIDAR terrestre
De là, l’intérêt d’avoir recours à des outils technologiques plus sophistiqués, tels que le « LIDAR terrestre ». Le LIDAR  (Light Detection and Ranging System) est un appareil électronique peu encombrant - à peu près la taille d’une boîte à chaussures -  monté sur un trépied. Grâce à un miroir tournant à très grande vitesse, il émet un rayonnement laser dans toutes les directions. A partir des échos émis par les objets rencontrés, il permet de façonner un nuage de points en trois dimensions représentant un arbre de taille imposante ou un groupe d’arbres d’une même placette forestière (soit à peu près une surface de 15 à 20 mètres de longueur et de largeur). « Utilisé au départ dans le domaine de l’architecture et de la géométrie industrielles, le LIDAR a commencé à être utilisé dans le domaine de la recherche forestière voici  seulement une dizaine d’années, commente Sébastien Bauwens, assistant de recherche à l’Unité de Gestion des Ressources forestières et des Milieux naturels de Gembloux Agro Bio Tech (ULg). Mais, s’il commence à être utilisé avec succès dans les forêts scandinaves, il n’en va pas de même dans les forêts tropicales humides où il doit encore faire ses preuves ».

Sébastien Bauwens est l’un des premiers chercheurs au monde - sinon le premier - à tenter d’utiliser le LIDAR sur des essences de la forêt tropicale humide africaine. L’une des premières étapes de son doctorat, entamé l’année dernière, a consisté à tester l’appareil sur des essences répertoriées sous les noms vernaculaires d’« Ayous » et de « Fraké », bien connues en Afrique centrale. « L’intérêt du LIDAR est qu’il permet d’avoir une estimation très précise du volume du tronc de l’arbre sans que celui-ci doive être abattu, précise le jeune chercheur. Cette précision, de l’ordre du millimètre, s’étend jusqu’aux premières grosses branches. Au-delà, soit au niveau du houppier, c’est plus difficile puisque divers phénomènes d’« occlusion », liés à la présence du feuillage, empêchent d’avoir autant d’informations que pour le tronc ».


L’estimation précise du volume du tronc est évidemment ce qui intéresse au premier chef le gestionnaire forestier. Multiplié par le nombre d’arbres que compte sa forêt, ce genre d’informations lui permettra de planifier au mieux son  exploitation. Un autre paramètre qui intéresse le forestier est l’estimation de l’accroissement des arbres : en d’autres termes, une sorte d’anticipation de la manière dont vont grandir ceux-ci au cours du temps. Le recours au LIDAR permet de mettre au point des « fonctions de défilement » qui peuvent s’avérer bien utiles, tant pour la recherche en sylviculture que pour la planification de l’exploitation, car elles permettront de corriger l’estimation des accroissements d’arbres à contreforts. « D’une manière générale, un tronc ressemble d’avantage à un cône ou tronc de cône qu’à un cylindre. Le défilement exprime la diminution de la grosseur du tronc lorsqu’on s’éloigne du sol vers les branches. Dans le cas d’arbres supportés par d’importants contreforts, le forestier est contraint de mesurer les circonférences à une hauteur bien supérieure à 1,30 mètre, parfois à plusieurs mètres de hauteur ! Le deuxième objectif de ma thèse consiste donc, chez ces essences à singularités morphologiques, à « corriger » les mesures de diamètre faites à différentes hauteurs pour estimer correctement l’accroissement en diamètre du tronc à une hauteur donnée. Cette correction se fera au travers de fonctions  de défilement qui tiennent compte des contreforts».

Depuis le début de son doctorat, Sébastien Bauwens teste au mieux les techniques de positionnement et de manipulation du LIDAR in situ. Un premier voyage a eu lieu en avril 2013 dans la société forestière Alpicam  au Sud-Est du Cameroun et en août 2013 aux alentours de Kisangani (République Démocratique du Congo). Mais l’essentiel de son travail se réalise au bureau. Il s’agit en effet, dans un premier temps, de relier les différents « nuages » de points relatifs à chaque positionnement du scanner autour de l’arbre étudié,  afin de n’obtenir au final qu’un seul nuage de points. Ensuite démarre l’étape cruciale de détermination des volumes, via la mise au point d’algorithmes sophistiqués. « C’est la plus grosse partie de mon travail. Ces outils algorithmiques doivent me permettre, par exemple, de réaliser des coupes virtuelles à différentes hauteurs, afin de déterminer la surface terrière (soit la surface de la section du tronc) pour ces hauteurs»

Données LiDARt
Le LIDAR terrestre a un grand potentiel dans le domaine de la recherche forestière et pour les gestionnaires forestiers. Sa mise en place sur le terrain peu s’avérer plus laborieuse que certaines mesures classiques en forêt. Mais la quantité et la précision des paramètres qui peuvent être extraits de ces scans LIDAR peuvent  compenser le temps nécessaire pour scanner un arbre ou une placette composée de plusieurs arbres. « Le traitement des données LiDAR reste le nœud d’étranglement de cette technologie. Mais, une fois que les processus seront automatisés, le traitement sur PC sera plus aisé et directement accessible aux forestiers ».

Aux forestiers, oui, mais pas seulement pour estimer la valeur commerciale des grumes. « Ces dernières années, l’intérêt du monde scientifique et politique ne cesse de croître autour des nouveaux enjeux de la forêt, essentiellement liés aux changements climatiques. Le LIDAR pourrait également servir à mieux évaluer la biomasse totale des arbres : le tronc, mais aussi les branches et le feuillage. A partir des valeurs ainsi obtenues, on pourrait mieux évaluer le rôle des arbres tropicaux en tant que « puits » de carbone grâce  à la photosynthèse. Et, de là, mieux reconnaître certains modèles de gestion forestière dans le cadre du marché des crédits carbones, attribués aux pays qui font des efforts dans la lutte contre la déforestation».

 

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