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UNIVERSITÉ CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR FACULTÉ DES SCIENCES ET TECHNIQUES DÉPARTE

UNIVERSITÉ CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR FACULTÉ DES SCIENCES ET TECHNIQUES DÉPARTEMENT DE BIOLOGIE VÉGÉTALE Mémoire présenté pour l’obtention du Diplôme de Master en Agroforesterie, Ecologie et Adaptation (AFECA) Présenté par : M. Antoine DIEDHIOU Sur le sujet : Soutenu publiquement le vendredi 15 janvier 2021 Devant le jury composé de : Président : Mame Samba MBAYE Maître de Conférences BV/UCAD Membres : Daouda NGOM Maître de Conférences BV/UCAD Sékouna DIATTA Maître Assistant BV/UCAD Simon TAUGOURDEAU Chargé de recherche SELMET/CIRAD Directeur de mémoire : Pr Daouda NGOM, Maitre de Conférences (BV/UCAD), Co-directeur : Dr Simon TAUGOURDEAU, Chargé de recherches (SELMET-CIRAD) UTILISATION DE LA PHOTOGRAMMETRIE POUR L’EVALUATION DES CARACTERISTIQUES DE COUVERTS HERBACES AU SENEGAL i Dédicace Je dédie ce travail à : - mes parents particulièrement ma mère et mon père ; - mes tantes et oncles ; - mes frères, sœurs, cousins, cousines, neveux et nièces ; - ma belle Famille ; - mes ami(e)s. ii Remerciements Je remercie le président de jury professeur Mame Samba MBAYE Enseignant-chercheur Département de Biologie Végétale / FST Université Cheikh Anta Diop de Dakar d’avoir accepté de présider la séance de soutenance. Je remercie les membres du jury, d’avoir accepté de siéger à ma soutenance, je ne saurais assez- vous dire merci Je remercie le corp professoral et administratif des universités Cheikh Anta Diop (UCAD), et l’université Assane Seck de Ziguinchor (UASZ) qui ont contribué à la réussite de mes études. Je remercie également mes encadreurs : - Docteur Simon TAUGOURDEAU chercheur au CIRAD UMR SELMET, pour m’avoir donné l’opportunité de réaliser cette étude et d’avoir beaucoup appris intellectuellement et professionnellement, à ses côtés, je lui exprime mes sincères remerciements pour sa disponibilité, ses conseils précieux et pour son soutien durant toute la période d’élaboration du document et sa bienveillance tout au long de ce travail ; - Professeur Daouda NGOM Enseignant-chercheur Département de Biologie Végétale / FST Université Cheikh Anta Diop de Dakar d’avoir accepté d’encadrer cette étude. Vos observations et suggestions pertinentes m’ont été très utiles, je voulais lui témoigner mes considérations pour avoir suivi l’élaboration du document ; - Docteur Sékouna DIATTA, enseignant à l’UCAD et tous les enseignants du département de Biologie Végétale pour la formation ; - Je remercie l’institut de convergence sur l’agriculture numérique #DigitAg qui a permis ce mémoire de voir le jour grâce à son financement, ainsi que ISRA et le PPZS pour l’accueil. - Aux doctorants Ousmane DIATTA et Ange N’GORAN, et aussi l’étudiant Cofélas FASSINOU pour le soutien aux travaux de collecte de données sur le terrain ; - Un merci à toutes les équipes du CIRAD, ISRA et PPZS pour leur accueil et leur assistance ; - Par ailleurs, je voudrais remercier également M. Moustapha DIA et M. Mamadou GASSAMA pour l’assistance technique ; - Fatima DEMBELE pour l’assistance administrative ; - Luc KAFANDO pour ses conseils et son appui sur tous les plans ; - Je voudrais également remercier, mes promotionnaires du master AFECA pour avoir partagé des expériences, mais surtout mon intégration ; - Enfin, je remercie ma famille et mes amis proches pour leur soutien et affection. iii Tables des matières Liste des sigles et abréviation ..................................................................................................... v Liste des figures ........................................................................................................................ vi Résumé .................................................................................................................................... viii Abstract ..................................................................................................................................... ix INTRODUCTION ...................................................................................................................... 1 CHAPITRE 1 : CADRE DE L’ETUDE .................................................................................... 3 1.1. REVUE BIBLIOGRAPHIQUE ...................................................................................... 3 1.1.1. La photogrammétrie ................................................................................................. 3 1.1.2. La Structure from motion (SfM) .............................................................................. 3 1.1.3. Pix4Dmapper ........................................................................................................... 4 1.1.4. Indices de végétation ................................................................................................ 6 1.2. DESCRIPTION DES MILIEUX D’ETUDES ................................................................ 7 1.2.1. Le Sénégal ................................................................................................................ 7 1.2.1.1. Situation géographique et administrative ......................................................... 7 1.2.1.2. Climat et diversité des écosystèmes ................................................................. 8 1.2.1.3. Sols ................................................................................................................. 11 1.2.2. Site d’étude (le Centre de Recherches Zootechniques de Dahra) .......................... 12 1.2.2.1. Situation géographique et administrative ....................................................... 12 1.2.2.2. Historique du CRZ-Dahra .............................................................................. 12 1.2.2.3. Occupation du sol ........................................................................................... 13 1.2.2.4. Le climat ......................................................................................................... 13 1.2.2.5. La végétation .................................................................................................. 14 1.2.2.6. Les sols ........................................................................................................... 14 1.2.2.7. Le site mis en défens et les tours à flux installées .......................................... 14 CHAPITRE 2 : METHODOLOGIE ........................................................................................ 16 2.1. DIFFERENTES PHASES DE L’APPROCHE METHODOLOGIQUE ...................... 16 2.1.1. Une phase (1) de recherche documentaire ............................................................. 17 2.1.2. Une phase (2) d’essai préliminaire......................................................................... 17 2.1.3. Une phase (3) de collecte de données (sites et les stratégies de mesure) ............... 18 2.1.3.1. Les sites de mesures (collectes) des données ................................................. 18 2.1.3.2. Stratégie de mesure ......................................................................................... 19 2.1.3.3. Dispositif de collecte ...................................................................................... 22 2.1.4. Phase 4 de traitement et analyse ............................................................................ 23 2.1.4.1. Traitement des vidéos avec logiciel PIX4D ................................................... 23 iv 2.1.4.2. Extraction des données avec logiciel QGIS ................................................... 23 2.1.4.3. Comparaisons entre mesures photogrammétriques et mesures de terrain ...... 23 CHAPITRE 3 : RESULTATS ET DISCUTION ..................................................................... 24 3.1. RESULTATS ................................................................................................................ 24 3.1.1. Images en 3D ......................................................................................................... 24 3.1.2. Analyse de toutes les données d’ensemble ............................................................ 25 3.1.2.1. Poids Frais ...................................................................................................... 25 3.1.2.2. Analyse de Résidus ......................................................................................... 25 3.1.2.3. Poids Sec ......................................................................................................... 27 3.1.3. Analyse des données au niveau temporel (Dahra 2019 et 2020) ........................... 29 3.1.3.1. Poids Frais ...................................................................................................... 29 3.1.3.2. Poids sec ......................................................................................................... 30 3.1.4. Analyse des données du point de vue spatial ......................................................... 31 3.1.4.1. Poids frais ....................................................................................................... 31 3.1.4.2. Poids sec ......................................................................................................... 33 3.2. DISCUSSION ............................................................................................................... 33 CONCLUSION ET PERSPECTIVES ..................................................................................... 35 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ................................................................................. 36 ANNEXE ................................................................................................................................. 39 v Liste des sigles et abréviation 3D : Trois (03) dimensions BRDF : Bidirectional Reflectance Distribution Function CIRAD : Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement CRZ : Centre de Recherches Zootechniques CSE : Centre de Suivi Ecologique FST : Faculté des Sciences et Techniques GCP: Ground Control Points GPS: Global Positioning System ISRA : Institut Sénégalais de Recherches Agricoles NDBGI indice de différence normalisé bleu vert NDBRI indice de différence normalisé bleu rouge NDGRI : indice de différence NDGRI normalisé vert rouge NDVI : Normalized Difference Vegetation Index PPZS : Pole Pastoralisme et Zones Sèches RGB: Red-Green-Blue RTI: Reflectance Transformation Imaging SfM: Structure from Motion UCAD: Université Cheikh Anta Diop vi Liste des figures Figure 1: Processus de traitement sur Pix4D ............................................................................. 4 Figure 2: Interface du logiciel PIX4D ........................................................................................ 5 Figure 3: carte des zones éco géographiques du Sénégal, (source : CSE,2002) ........................ 8 Figure 4: Carte de la végétation du Sénégal (source : CSE,2000) ............................................. 9 Figure 5: steppe dans la zone du Ferlo ..................................................................................... 10 Figure 6: forêt claire (a) et forêt galerie (b) ............................................................................. 11 Figure 7: Localisation géographique et administrative de Dahra ............................................ 12 Figure 8: Plan d’occupation du sol au CRZ de Dahra (Ndiaye, 2015) .................................... 13 Figure 9: Processus généraux de la méthodologie ................................................................... 16 Figure 10: Variation de la taille (a) du nombre de frames (b) et du temps de traitement (c) en fonction du nombre de division à partir d’une image vidéo. ................................................... 18 Figure 11: Carte des différents sites de mesure de données au Sénégal .................................. 19 Figure 12: Réalisation d’une prise de vidéo : camera accrochée à une perche (a), palette et pot de café au tour du quadrat (b). .................................................................................................. 20 Figure 13: prise de hauteur des individus (a), coupe à ras de sol à l’aide d’une fourche ou ciseaux des espèces herbacées dans le quadrat (b). .................................................................. 21 Figure 14: Appareil Photo& Camera GoPro (1), Une Fourche (2), une paire de ciseau (3), un pot de café (4) ........................................................................................................................... 21 Figure 15: Parcelle Tour à flux................................................................................................. 22 Figure 16: Plan de prise des images vidéos .............................................................................. 22 Figure 17: images 3D avec (a) transparent Mosaic, (b) Digital Surface Model non coloré (DSM), (c) Position caméra (d) Digital Surface Model (DSM) coloré. ................................... 24 Figure 18: prédiction issue de la random forest en fonction du poids mesuré, Les couleurs représente les 4 jeux de données (Noir Dahra 2019, rouge Dahra 2020, Vert Nord 2020, bleu Sud 2020), la droite en pointillée représente la droite X=Y ..................................................... 25 Figure 19: distribution des résidus (mesurés – prédits) entre les 4 jeux de données. Un résidu négatif signifie une sur estimation de la prédiction alors qu’un positif signifie une sous- estimation. ................................................................................................................................ 26 Figure 20: distribution des résidus (mesurés – prédits) entre les 5 catégories de biomasse. Un résidu négatif signifie une sur estimation de la prédiction alors qu’un positif signifie une sous- estimation. ................................................................................................................................ 26 vii Figure 21: prédiction issue de la random forest en fonction du poids sec. Les couleurs représentent les 4 jeux de données (noir Dahra 2019, rouge Dahra 2020, vert Nord 2020, bleu Sud 2020), la droite en pointillée représente la droite X=Y ..................................................... 27 Figure 22: distribution des résidus (mesurés – prédits) entre les 4 jeux de données. Un résidu négatif signifie une sur estimation de la prédiction alors qu’un positif signifie une sous- estimation. ................................................................................................................................ 28 Figure 23 : distribution des résidus (mesurés – prédits) entre les 5 catégorie de biomasse. Un résidu négatif signifie une sur estimation de la prédiction alors qu’un positif signifie une sous- estimation. ................................................................................................................................ 28 Figure 24: prédiction issue de la random forest en fonction du poids sec sur les données, Les couleurs représente les différentes uploads/Geographie/ memoire-antoine-diedhiou-final 1 .pdf