Spatio-temporal modeling of environmental vulnerability to soil degradation in semi-arid area from radar data

Defined as a process that reduces the potential of soil production or the usefulness of natural resources, soil degradation is a major environmental problem which affects over 41 % of the land and, over 80 % of people affected by this phenomenon live in developing countries. The general objective of the present project is the characterisation of different types of land use and land cover and the detection of their spatio-temporal changes from radar data (ERS-1, RADARSAT-1 and ENVISAT) for a spatio-temporal modeling of environmental vulnerability to soil degradation in semi-arid area. Due to the high sensitivity of the radar signal to the observing conditions of the sensor and the target, a partition of the radar images with respect to their angular configurations (23° and [33°-35°-47°]) and to environmental conditions (wet and dry) was first performed. A good characterisation and a good temporal evolution of the four types of land use and land cover of interest are obtained with different levels of contrast depending on the incidence angles and environmental conditions. In addition to pixel-based approach used for change detection (images differences, Principal component analysis), a monitoring of land cover from an object-oriented approach which focused on two types of land cover is developed. The method allows a detailed mapping of bare soil occurrences as a function of environmental conditions. Finally, using different sources of information, a modeling of the environmental vulnerability to soil degradation is performed in the South-west of Niger from the probabilistic fusion rule of Dempster-Shafer. The resulting decision maps are statistically acceptable at 93 % and 91 % with Kappa values of 86 % and 84 %, for respectively dry and wet conditions. Besides, they are used to produce a global map of the environmental vulnerability to soil degradation in this semi-arid area.Définie comme un processus qui réduit le potentiel de production des sols ou de l'utilité des ressources naturelles, la dégradation des sols est un problème environnemental majeur qui affecte plus de 41 % des terres émergées et plus de 80 % de la population affectée par ce phénomène vit dans les pays en voie de développement. Le présent projet a pour objectif général, la caractérisation des différents types d'occupation et d'utilisation du sol et la détection de leurs changements spatio-temporels à partir de données radar (ERS 1-2, RADARSAT-1 et ENVISAT) en vue d'une modélisation spatio-temporelle de la vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols en milieu semi-aride. Étant donné la forte sensibilité du signal radar aux conditions d'observation du capteur et de la cible, une répartition judicieuse des images en fonction des conditions du milieu (condition humide et condition sèche) et des configurations angulaires des images radar (23° et [33°-35°-47°]) est d'abord réalisée. Une bonne caractérisation et une évolution temporelle des quatre types d'occupation et d'utilisation du sol d'intérêt sont obtenues avec des niveaux de contrastes différents selon l'angle d'incidence et les conditions du milieu. En complément de l'approche " pixellaire " pour la détection des changements (Différenciation d'images et ACP), un suivi de l'occupation du sol par approche orientée objet focalisée sur deux types d'occupation du sol (végétation et sol nu) a été développé. Cette méthode permet une fine cartographie des occurrences de sol nu en fonction des conditions du milieu. Enfin, avec l'apport de diverses sources d'information, une modélisation de la vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols par la règle de fusion probabiliste de Dempster-Shafer est réalisée dans le sud-ouest du Niger. Les cartes de décision qui en résultent sont statistiquement acceptables avec des taux de réussite de 93 % et 91 % et des valeurs Kappa de 86 % et 84 % respectivement en conditions sèche et humide. Aussi, la carte globale de vulnérabilité du milieu à la dégradation des sols dans ce milieu semi-aride est-elle produite à partir de ces deux cartes de décision