Mises à jour de l’automne 2023 : Technologies novatrices et adaptation axée sur les données
Dernière mise à jour : 24 oct.
Pour poursuivre nos mises à jour de l’automne 2023, la communauté Silva21 s’est réunie le mardi 17 octobre pour discuter des projets de recherche en cours sous le thème des technologies innovantes et de l’adaptation axée sur les données. Nous avons entendu nos partenaires de l’industrie à Domtar et huit PHQ sur plusieurs projets de recherche! Consultez les résumés de leurs mises à jour ci-dessous.
LiDAR EFI pour les projections de croissance : nouvelles approches - José Riofrío - Postdoctoral Fellow, UBC
Les inventaires des ressources forestières (IRF) nécessitent une mise à jour systématique et périodique pour suivre l’évolution des ressources forestières. Les technologies de télédétection, y compris le balayage laser aéroporté (SLA) et l’imagerie satellitaire, peuvent être utilisées pour mettre à jour périodiquement les RIF, ce qui permet d’élaborer des inventaires forestiers améliorés (IFE) dans un cadre d’inventaire forestier continu. Cependant, les perturbations qui ne remplacent pas la forêt pourraient influer sur la quantification précise des changements des attributs forestiers en modifiant la structure, la composition des espèces et la dynamique de croissance de la forêt. Ce projet vise à combiner les données de la SLA avec celles de la Placette d’échantillons permanents (PSP) afin d’identifier les zones où les perturbations qui ne remplacent pas les espèces sont susceptibles de déclencher des événements de mortalité susceptibles de provoquer un changement dans la composition des espèces. Le projet est axé sur les forêts mixtes boréales (forêt Romeo Malette, forêt Dog River-Matawin) et les forêts des Grands Lacs du Saint-Laurent (GLSL) en Ontario.
La base de données PSP structurée pour le suivi de l’état individuel des arbres a été utilisée pour calculer les taux de mortalité au niveau de la parcelle en termes de superficie basale et de nombre d’arbres perdus entre les mesures successives. Cette base de données sur les taux de mortalité constitue le principal intrant pour évaluer la capacité des données de la SLA à lier les attributs structurels et les distributions taille-fréquence des écarts de canopée aux profils de mortalité. Actuellement, diverses approches de modélisation adaptées à la nature des données (valeurs proportionnelles continues comprises entre 0 et 1) sont en cours d’évaluation, par exemple, la régression bêta et les modèles gonflés à zéro. Dans un deuxième temps, des modèles élaborés et des attributs de forêt mur à mur dérivés de la SLA seront utilisés pour identifier les zones au sein de l’EFI où des événements de mortalité résultant de perturbations non liées au remplacement de la terre seront observés.
José Riofrío
Postdoctoral Fellow
University of British Columbia
Supervisor: Nicholas Coops
Nouvelles technologies de mesure dans les peuplements- Lukas Olson, MSc student, UBC
Les écosystèmes forestiers, qui couvrent 35 % du territoire canadien et 26 % de la masse terrestre, sont essentiels pour la biodiversité mondiale, l’économie et les collectivités locales. Au Canada, les forêts contribuent de façon importante à l’économie, fournissant des emplois à plus de 200 000 personnes et contribuant à plus de 34 milliards de dollars canadiens à notre PIB annuel. À l’échelle mondiale, l’industrie forestière est responsable de plus de 450 milliards de dollars de commerce et soutient plus de 30 millions d’emplois. Cependant, les forêts canadiennes font face à de multiples défis, y compris des perturbations et des menaces variées intensifiées par les changements climatiques, soulignant la nécessité d’une surveillance complète et d’une gestion axée sur les données. Bien qu’il y ait eu des progrès dans l’évaluation de la santé des forêts, il faut encore des outils efficaces pour évaluer la santé des arbres.
Ce projet vise à accroître et à améliorer la trousse d’outils à la disposition des professionnels de la santé forestière, en mettant l’accent sur l’évaluation de la santé de l’érable à sucre avec des applications potentielles à diverses autres espèces de feuillus. Il utilise la photogrammétrie intracanopie par drone pour enregistrer des vidéos d’arbres entiers. Cette séquence subit un traitement photogrammétrique, une technique qui transforme une série de photos en nuages de points 3D. L’objectif de ce projet est de déduire des mesures quantitatives de la santé telles que la densité des branches, les conditions de l’écorce, la densité de la couronne, l’état de la couronne et la présence de germination épiconformique pour calculer la vigueur des arbres.
Bien que le projet ait porté sur l’évaluation des composantes structurelles comme les tiges et les branches, un défi important découle du mouvement potentiel des feuilles du couvert en raison du vent et des courants d’air droneindus. Ces facteurs peuvent introduire du bruit et des distorsions lors de la reconstruction photogrammétrique, rendant le traitement ultérieur du nuage de points généré difficile et moins précis selon les méthodes traditionnelles.
Pour relever ces défis, le projet adopte une approche composite. Il utilise des modèles structurels quantitatifs pour les parties structurelles de l’arbre, qui sont moins susceptibles de se déplacer, et utilise une analyse de canopée basée sur voxel pour calculer la densité de la couronne, l’état et la santé globale du feuillage. Cette méthode mappe les données de nuage de points sur une grille 3D, attribuant des traits spécifiques aux cellules de grille individuelles. Par la suite, ces cellules sont classées dans la catégorie Structure ou Feuillage, avec la densité ponctuelle du feuillage et la couleur utilisées pour une analyse plus approfondie, offrant une perspective plus riche sur la santé des arbres.
L’influence potentielle de cette recherche sur la gestion durable des forêts est importante. En concevant une méthode économique et axée sur les données pour évaluer la santé des arbres, la myriade d’avantages qu’offrent les forêts - économiques, écologiques et culturelles - pourraient être mieux gérés. De façon plus générale, cette recherche pourrait contribuer au maintien de la santé et de la productivité à long terme des forêts du Canada, favorisant ainsi la gestion et la conservation durables des forêts à l’échelle mondiale.
Lukas Olson
MSc student
University of British Columbia
Supervisor: Nicholas Coops
Project page
Utilisation de Planetscope pour caractériser les perturbations dans la forêt boréale du Canada - Spencer Shields, MSc student, UBC
Des inventaires forestiers spatialement explicites et à jour en temps quasi réel seraient des outils précieux pour la gestion forestière. L’une des pièces du casse-tête pour les développer est de pouvoir détecter rapidement les perturbations forestières et évaluer leur impact. L’objectif de mes recherches est de trouver un moyen de le faire en utilisant un réseau de satellites d’observation de la Terre appelé Planetscope.
Planetscope est une constellation d’environ 150 micro-satellites qui orbitent autour de la Terre et produisent des images optiques de 3m de toute sa surface chaque jour. Il s’agit d’une énorme amélioration de la résolution spatiale et temporelle par rapport aux satellites tels que Landsat ou MODIS qui ont traditionnellement été utilisés pour la surveillance des forêts. Cependant, les données de Planetscope peuvent être difficiles à utiliser car il y a souvent des incohérences entre les capteurs de ses très nombreux satellites. Cela rend l’analyse de leurs données difficile parce que vous pourriez ne pas être en mesure de dire si un changement que vous voyez entre deux images est causée par un changement dans la forêt ou le fait qu’ils ont été pris par des satellites différents.
Dans cette mise à jour, je présente une solution potentielle à ce problème, qui est la normalisation z-score. Pour ce faire, calculer un indice de végétation (tel que NDVI) pour chaque image; masquer les parties de l’image qui ne représentent pas la forêt; puis calculer le z-score pour chaque pixel en prenant la valeur du pixel, en soustrayant la valeur moyenne du pixel pour l’image entière, et en le divisant par l’écart-type de chaque valeur de pixel dans l’image. La logique derrière cette méthode est que vous allez de regarder une valeur absolue pour chaque pixel à la valeur relative de ce pixel par rapport aux autres pixels de son image : le premier pourrait changer en raison de différences dans les capteurs, mais ce dernier ne changera qu’en raison de changements dans ce qui est imagé. Pour cette raison, d’autres chercheurs ont utilisé cette méthode pour combiner et comparer des images satellites provenant de nombreuses sources différentes.
J’ai constaté que cette méthode fonctionne bien pour corriger les différences entre les capteurs Planetscope et détecter les perturbations forestières. Une prochaine étape consistera à évaluer l’efficacité de cette méthode pour évaluer la gravité des perturbations forestières.
Spencer Shields
MSc student
University of British Columbia
Supervisor: Nicholas Coops
Project page
Viabilité des stratégies de gestion du paysage tenant compte du climat - Kirk Johnson, PhD student, UBC
Les forêts près de Quesnel, en Colombie-Britannique, ont subi des perturbations majeures au cours des vingt dernières années. L’épidémie de dendroctone du pin ponderosa (Dendroctonus ponderosae) a causé une mortalité importante des pins au milieu des années 2000 et au début des années 2010, réduisant considérablement la quantité de bois mature. De plus, de grands feux de forêt ont brûlé une partie importante du terrain forestier récoltable de la région en 2017. En raison de ces pertes, les niveaux de récolte durables seront réduits au cours des 50 prochaines années, en supposant une gestion sous un régime traditionnel de coupe à blanc/sylviculture végétale. Les changements climatiques pourraient aggraver ces problèmes de gestion et avoir des répercussions négatives sur des espèces de bois critiques comme le pin tordu et l’épinette hybride.
Pour résoudre ces problèmes, le projet de Kirk dans le cadre de Silva21 (AN.8b) explorera la gestion tenant compte du climat à l’échelle du paysage, intégrera le risque climatique dans les modèles de domaines forestiers et identifiera des stratégies sylvicoles au niveau du paysage qui favorisent la résilience et la production. Les traitements sylvicoles comme l’éclaircissage précommercial et commercial peuvent accélérer les rotations, augmenter la taille des pièces et aider à atténuer le stress climatique. L’éclaircissage peut également atténuer les pénuries de bois et aider à compléter les techniques de gestion traditionnelles. Compte tenu de ces avantages possibles, le projet de Kirk étudiera l’amincissement comme stratégie sylvicole adaptative dans la région de Quesnel. Kirk inclura également des considérations climatiques telles que la pertinence à long terme des espèces et le potentiel de sécheresse lors de la sélection des sites pour l’éclaircissage dans les modèles de forêts au niveau du paysage. Une fois terminé, ce projet pourrait aider à éclairer les décisions sylvicoles et les niveaux de récolte durable dans la région de Quesnel, avec des implications pour la gestion du bois dans l’Ouest canadien.
Kirk Johnson
PhD student
University of British Columbia
Supervisor: Nicholas Coops
Propriétés du bois comme indicateurs des conditions climatiques passées - Philippe Riel, MSc student, Université Laval
Mon projet vise à trouver un indicateur alternatif pour caractériser les événements climatiques tels que les sécheresses, différents de la largeur du cerne des arbres. Certaines propriétés du bois sont sensibles aux conditions de croissance dans lesquelles les arbres se développent, comme l’angle en microfibres, qui est particulièrement sensible aux variations de disponibilité de l’eau. Par conséquent, l’objectif est de vérifier si l’angle en microfibres de l’épinette noire peut servir d’indicateur fiable pour caractériser les sécheresses. L’angle en microfibril est mesuré à l’échelle fine d’un anneau de croissance annuel pour associer ces mesures à la disponibilité annuelle de l’eau. La technique utilisée pour obtenir l’angle de microfibril est la technique polarisée de spectroscopie de Raman, qui détermine l’orientation de la cellulose cristalline dans les parois cellulaires en bois.
Il était difficile d’obtenir de tels équipements sur le campus de l’Université Laval, mais nous avons trouvé une solution grâce à un partenariat avec un professeur du département de chimie de l’Université de Montréal. Cela nous permet de mesurer l’angle en microfibres de cellulose sur mes échantillons d’épinette noire, tout en ayant accès aux conseils et à l’assistance de spécialistes en spectroscopie qui utilisent fréquemment l’équipement. Cette période de mesure en laboratoire devrait durer au total de 4 à 5 semaines.
Nous cherchons à prendre des mesures d’angle de microfibril dans earlywood et latewood à travers les mêmes années pour chaque arbre. Les échantillons provenaient d’épinettes noires récoltées à deux endroits différents de la forêt boréale canadienne. Un site près de Timmins en Ontario et un autre dans la région du Lac-Saint-Jean dans la province au Québec.
Philippe Riel
MSc student
Université Laval
Supervisor: Alexis Achim
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