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LiDAR en foresterie – L’outil à maîtriser

Le LiDAR est une technologie que tous les intervenants du milieu forestier devraient bien comprendre. Cet outil peut nous rendre plus performants et plus compétitifs.

 

En juillet 2015, le gouvernement du Québec a réalisé une analyse des retombées économiques de l’acquisition des données LiDAR à l’échelle de la province. Ainsi, pour répondre aux recommandations du rapport, le Ministère des Forêts, de la Faune et des Parcs a acquis les données LiDAR sur pratiquement l’ensemble du Québec méridional.

 

Plusieurs jeux de données d’une grande précision sont offerts gratuitement concernant entre autres la topographie, le relief, les pentes et la hauteur des arbres!

 

Nous allons vous expliquer en quoi il s’agit d’outils performants qui peuvent rendre la vie plus facile aux forestiers dans la préparation et la gestion des travaux en forêt.

 

Le fonctionnement du LiDAR

Le LiDAR, Light detection and ranging, est une technologie de télédétection utilisant la lumière laser. Ce capteur actif s’apparente à un radar, mais qui émet une impulsion de lumière, plutôt qu’une onde radio.

 

Le principe est simple. Le capteur, installé sur un avion ou un drone survolant une zone d’étude, émet une impulsion laser vers le sol. Cette impulsion de lumière est alors réfléchie par le sol et la surface des différents objets qu’elle rencontre. Le délai que prend l’émission pour retourner à l’émetteur permet de calculer la distance de chacun de ces objets.

 

Le signal laser ne sera pas exclusivement reflété par la surface du sol, mais également par tout ce qui se trouve au-dessus, comme la végétation ou les constructions. Les impulsions sortantes émises par le capteur vont donc être fractionnées par toutes ces surfaces réflectrices. Les premiers retours seront donc relatifs aux éléments les plus hauts de notre zone, telle que des canopées, tandis que les derniers seront la surface terrestre.

 

LiDAR-avion-foresterie

 

Jumelées aux informations d’un GPS, ces informations permettent de situer précisément un ou des objets dans un espace tridimensionnel. Le LiDAR prend de cette façon des millions de points dans une zone d’étude permettant de former un nuage de points 3D. Ce nuage est un ensemble de données géographiques ayant une position X, Y et Z (altitude).

 

LiDAR foresterie

Source de l’image: Oregon State University

 

De ces nuages de points, il est ensuite possible de dériver des modèles de surface bien utiles dans le domaine de la foresterie.

 

On compte le modèle numérique de terrain (MNT) qui est une représentation de la forme de la surface terrestre (du terrain nu) et le modèle numérique de surface (MNS) qui prend en compte le sol, mais également les éléments qui se situent au-dessus de celui-ci comme le bâti et la végétation.

 

Les produits dérivés du LiDAR

Le modèle numérique de terrain (MNT)

Ce modèle représente les altitudes en mètres par rapport au niveau moyen des mers. Il représente la topographie. Sans personnalisation de l’affichage, ce modèle est difficile à interpréter. 

Résolution spatiale de 1 mètre.

 

LiDAR MNT

 

Le modèle numérique de terrain relief ombré (MNT_ombré)

Issu du MNT, ce modèle simule l’apparence d’une carte de relief en nuance de gris et est fort utile pour l’interprétation du terrain (dépôt de surface, drainage, milieux humides, etc.).

Résolution spatiale de 2 m.

 

Modèle numérique de terrain - Relief ombré

 

Le modèle de hauteur de canopée (MHC)

Ce modèle fournit la valeur de la hauteur des éléments au-dessus de la surface terrestre. La mesure est issue de la différence entre le modèle numérique de surface (MNS) et le modèle numérique de terrain (MNT). Sans personnalisation de l’affichage, ce modèle est difficile à interpréter.

Résolution spatiale de 1 m.

 

LiDAR -Hauteur des arbres

 

La carte de pentes

Cartographie des valeurs réelles de pentes en % issue du MNT. Cette information est fort utile pour la planification des opérations forestières et la construction de routes.

Résolution spatiale de 2 m.

 

Carte des pentes provenant du LiDAR

 

Ces jeux de données peuvent être consultés gratuitement via la carte interactive Forêt ouverte ou via l’ensemble de services de cartographie Web (WMS) dans un logiciel SIG. 

 

Afin de tirer profit au maximum de la précision des données, il est possible de télécharger les jeux de données via le WMS ou bien le portail Données Québec. Vous aurez ainsi accès aux valeurs de chaque pixel des modèles (d’une résolution de 1 à 2 m). Vous pourrez créer par la suite vos propres classes et votre propre symbologie d’affichage répondant à vos besoins.

 

Pour en savoir plus sur l’accès aux données gratuites du MFFP.

 

Les applications du LiDAR en foresterie

Dans le domaine de la foresterie, les applications de ces produits dérivés du LiDAR sont nombreuses. Il s’agit d’une façon peu coûteuse pour les professionnels de caractériser le terrain et la forêt d’une région d’intérêt, sans avoir nécessairement besoin de se rendre sur le terrain pour prendre des données. Ces informations clés peuvent grandement faciliter la planification des travaux et la gestion des opérations forestières.

 

Planification de travaux sylvicoles

Le modèle de hauteur de canopée (MHC) permet d’évaluer la hauteur des arbres et leur répartition spatiale. 

 

On peut ainsi mieux comprendre les caractéristiques du peuplement en terme de hauteur, de densité et de structure verticale. Croisé avec les données de composition en essences, on obtient un portrait clair nous permettant de faire un bon diagnostic des peuplements.

 

Par exemple, les données LiDAR peuvent être utiles  pour l’analyse des jeunes peuplements dans le cadre de travaux sylvicoles ou pour la planification de travaux de récolte dans des forêts matures.

 

Pour ce type d’application, il est préférable de télécharger les données afin d’avoir une meilleure flexibilité dans l’affichage et l’interprétation des données.

 

 

LIDAR forestier

 

Meilleure planification des opérations forestières

Plus précisément, grâce au modèle numérique de terrain (MNT) et à la cartographie des pentes, il est possible de bien caractériser la traficabilité d’un terrain et ainsi avoir une meilleure prévisibilité des opérations forestières mécanisées.

 

Pente en opérations forestières

 

Par exemple, le MNT est utilisé pour évaluer la topographie et réaliser à l’aide d’outils d’analyse spatiale SIG des modèles hydrologiques, dont la précision dépasse largement les jeux de données hydrologiques disponibles du Québec. Comme il s’avère essentiel de protéger les ruisseaux lors des opérations forestières, une bonne cartographie des cours d’eau est primordiale.

 

Réseau hydrographique réalisé à partir d'un MNT provenant du LiDAR

 

 

Défis reliés à l’utilisation du LIDAR.

La disponibilité des données

La campagne d’acquisition des données LiDAR est pratiquement complétée pour l’ensemble du Québec méridional. Quelques régions n’ont toutefois pas de données encore disponibles, telles que dans les régions du Bas-St-Laurent et de la Gaspésie-Îles-de-la-Madeleine, dont la disponibilité prévue est en 2021, et d’une partie de la région du  Nord-du-Québec, qui sera disponible seulement en 2022.

 

Le vieillissement des données

La date d’acquisition des données LiDAR est aussi une information pertinente à prendre en compte. Comme le terrain restera stable, le MNT et les pentes pourront être utilisés de façon permanente. Par contre, dans un milieu dynamique comme la forêt, le modèle de hauteur de canopée (MHC) sera de moins en moins représentatif de la situation sur le terrain à mesure que les années passent.

 

Ainsi, la hauteur des arbres ne sera plus valide à plusieurs endroits et des sites qui subiront des perturbations, notamment par des travaux d’aménagement forestier ou des perturbations naturelles, ne seront pas illustrés.

 

Dans ce contexte, il s’avèrerait pertinent que l’acquisition des données LiDAR par le gouvernement du Québec soit réalisée de façon assez récurrente pour garantir une validité optimale des données. Il pourrait également être possible de faire des mises à jour à l’aide de la photogrammétrie à partir de photos provenant de satellites, d’avions ou de drones.

 

La complexité de traitement

L’utilisation des données téléchargées en format matriciel (raster) peut également s’avérer complexe et lourde pour certains utilisateurs. C’est pourquoi les données peuvent être visualisées sous forme plus conviviale via la carte interactive des données écoforestières Forêt ouverte, mais aussi sous forme d’un service de cartographie Web (WMS). 

 

Les 4 avantages d’utiliser les géodatabases

 

Malheureusement, cela se fait aux dépens d’une perte de précision et de la possibilité de personnaliser l’affichage des données selon ses besoins.

 

Conclusion

Dans le but d’être toujours plus performant, le domaine de la foresterie a tout intérêt à s’intéresser aux nouvelles technologies, tel que LiDAR, qui permettent l’acquisition de données toujours plus précises. C’est donc une excellente nouvelle que le gouvernement québécois met à disposition ces jeux de données tout à fait gratuitement.

 

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