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Étude de l’organisation du couvert végétal des Hautes Chaumes du Forez : un exemple d’utilisation
de l’algorithme Pegase sur le secteur tourbeux de Gourgon-Bazanne pour l’année 2001
Pierre-Olivier Mazagol et Jérôme Porteret
p. 405-419
Résumés
L’objet de cet article est de présenter un outil permettant la mise en évidence, la hiérarchisation et la quantification des facteurs explicatifs de l’organisation du paysage des Hautes Chaumes du Forez (Massif Central, France). Il propose une méthodologie permettant d’expliquer dans quelle mesure les variables physiques et anthropiques exercent des contraintes sur la distribution du couvert végétal. Les variables géomorphologiques, climatiques, pédologiques et sociétales sont collectées pour constituer une base de données sur laquelle est effectuée l’analyse PEGASE (Partition d’un Ensemble Géographique pour l’Analyse Spatiale Ecologique).
This research is in line with the number of studies conducted in the Hautes Chaumes area in the Monts du Forez. Our goal was to develop an approach that would help explain the extent to which physical variables and anthropic factors restrict the distribution of vegetative cover. A reflection on the concept of landscape led us to the use of PEGASE. This software applies a divisive multivariate approach based on the principles of Information.
Texte intégral
1. Introduction
1Le massif granitique du Forez a connu, à l’image des espaces de moyenne montagne français, de profondes mutations au cours du XXe s. Marquée par l’exode rural, cette moyenne montagne a vu la transformation du système socio-économique traditionnel, qui associait les vastes terrains d’estives des hautes terres aux fermes et cultures des villages situées en contrebas sur les versants foréziens (Fel 1962, Couhert 1988). Les nouvelles pratiques agricoles ont modifié la dynamique du couvert végétal, hérité de l’exploitation pluriséculaire de la montagne (Argant et Cubizolle 2005). Dans ce contexte, les scientifiques et les gestionnaires ont pris conscience de la forte valeur écologique et patrimoniale de ce paysage de landes et de tourbières. Il en a découlé :
- la mise en place des mesures agri-environnementales pour assurer le maintien d’une agriculture extensive sur l’ensemble du territoire des Hautes Chaumes. En effet, ces milieux originaux sont menacés à la fois par l’intensification des pratiques agricoles, mais également par l’abandon de terres et la reconquête forestière ;
- la multiplication, depuis une dizaine d’années, d’opérations de gestion des tourbières visant au maintien d’une biodiversité maximale, à la restauration, à la mise en valeur touristique… Les 700 hectares de tourbières recensés sur les Hautes Chaumes se situent aux marges méridionales de leur aire optimale de développement dans l’hémisphère nord (Lappalainen 1996). Il est probable que les changements climatiques qui se dessinent influeront sur ces écosystèmes humides au fonctionnement très spécifique (Clymo 1991). Or, après des décennies de destruction et de perturbations diverses, leur intérêt a été largement reconnu (Joosten et Clarke 2002). Leur forte biodiversité, avec la présence d’espèces rares et protégées, comme leur capacité de stockage de l’eau et des archives paléoenvironnementales (Manneville et al. 1999, Barber et Langdon 2001, Cubizolle et al. 2004) ont conduit au rapprochement des chercheurs et des gestionnaires dans le cadre de programmes de recherche et de suivi scientifique des tourbières (Cubizolle et al. sous presse).
2C’est dans ce cadre, et pour mieux comprendre dans quelle mesure les variables physiques et anthropiques exercent des contraintes sur la dynamique des tourbières (Cubizolle sous presse), que nous avons choisi d’utiliser la méthode d’analyse PEGASE (Partition d’un Ensemble Géographique pour l’Analyse Spatiale Ecologique). Basée sur les principes de la Théorie de l’Information, cette méthode développée par Michel Phipps (Phipps 1981), utilise un algorithme qui permet la mise en évidence, la hiérarchisation et la quantification des facteurs explicatifs de l’organisation de l’espace. Elle a déjà été éprouvée dans de nombreuses études portant sur des problématiques variées (Phipps 1981, Phipps et al. 1986 a - 1986 b, Dumanski et al. 1987, Davis et Dozier 1990, Phipps et al. 1994, Casado et al. 1997, Graniero et Price 1999, Lundström-Gilliéron 1999, Ernoult et al. 2003, Lundström-Gilliéron et Schlaepfer 2003, Mazagol 2003, Phipps 2003, Mazagol 2006, Mazagol et Porteret 2006).
3Il s’agit donc ici de mieux comprendre comment ces zones humides s’insèrent dans la mosaïque des milieux végétaux qui constituent les Hautes Chaumes du Forez. Les variables prises en compte sont d’ordre topo-morphologique, comme les pentes ou les formes des versants, mais aussi climatique et pédologique. Elles sont également d’ordre sociétal et historique, avec l’activité agricole et forestière. À terme, l’objectif est de proposer aux gestionnaires des clefs de compréhension pour la conservation et la restauration de ces écosystèmes.
2. Terrain d’étude
4Le secteur d’étude de Gourgon-Bazanne se situe dans la partie centrale des Monts du Forez, où les Hautes Chaumes s’élargissent pour atteindre 9 km, leur largeur maximale (Fig. 1). À la limite des départements de la Loire et du Puy-de-Dôme, la zone sélectionnée s’inscrit dans un rectangle de 4,7 km (Est/Ouest) par 5,3 km (Nord/Sud) de côté, entre 1000 et 1420 m. Centrée sur les édifices volcaniques de Roche Gourgon et de Grande Pierre Bazanne, c’est là que naissent les principaux cours d’eaux qui drainent le massif en direction de la Loire.
5Caractéristiques des Hautes Chaumes foréziennes, les formes du relief sont molles avec des croupes arrondies et des vallées évasées dérivées de surfaces d’érosion tertiaire, l’englacement würmien ayant peu marqué le paysage (Etlicher 1975, 1986, 1990). La glace peu fluente d’un ice-cap de 10 à 30 m d’épaisseur n’a laissé que de faibles dépôts et façonné que quelques encoches peu profondes qualifiées de cirques foréziens. Les héritages des processus périglaciaires sont importants. Ils se sont traduits par une forte mobilisation des arènes à blocs. Le secteur est dominé par les pointements volcaniques de Roche Gourgon et de Grande Pierre Bazanne. Formés au Miocène, ces édifices tertiaires sont aujourd’hui très érodés. La Roche Gourgon est le point culminant de la zone (1420 m). C’est un dyke volcanique de 300 m de longueur et de 100 m de largeur. La roche prismée se débite en dalles et forme des éboulis à son pied. Sur les versants de la Roche s’étend, de manière hétérogène, une arène basanitique produite par l’érosion. La Grande Pierre Bazanne est un neck d’une dizaine de mètres de diamètre et de hauteur. Bien que de faible extension, la lave à phénocristaux d’olivine a pu, par endroits, donner des sols un peu moins acides que les rankers cryptopodzoliques caractéristiques de la lande.
6L’acidité de l’arène granitique, mais surtout les conditions climatiques limitent la décomposition de la matière organique. Avec plus de 1500 mm de précipitations par an et une température moyenne annuelle inférieure à 6 °C, les conditions climatiques sont particulièrement favorables au développement des tourbières (Suchel 1990). L’eau est l’élément moteur de la mise en place et du maintien des tourbières (Clymo 1991). Il faut rappeler ici que les conditions d’accumulation de la tourbe ne sont réunies que lorsque le bilan hydrique est positif ou nul. C’est à cette condition que le milieu devient anoxique, bloquant ainsi la décomposition de la matière organique. Les tourbières de notre zone d’étude occupent 202 hectares et atteignent des profondeurs de 2,5 à 3 m. Elles ont fait l’objet d’une étude sur le démarrage de la turfigénèse (Porteret 2001, Cubizolle 2005), puis sur le rôle des tourbières dans le fonctionnement des bassins versants. À ce titre, le site a été équipé par du matériel hydroclimatique et constitue aujourd’hui un site de référence dans le cadre du programme européen PEAT-BANK, dont l’objectif est de mettre en place un suivi scientifique des tourbières à l’échelle européenne. Les travaux ont pu montrer l’intérêt majeur des vastes complexes tourbeux de Bazanne et Gourgon, qui stockent plus de 11000 ans d’archives paléoenvironnementales et constituent à ce jour la plus ancienne tourbière des Hautes Chaumes du Forez. L’étude palynologique, réalisée par J. Argant et C. Latour (ARPA, Bron), apporte des informations précieuses sur l’histoire de la tourbière depuis le Dryas récent et sur l’impact des activités agricoles sur son évolution.
7Au cours des siècles, les hommes ont mis en place sur les Hautes Chaumes du Forez un système agro-pastoral spécifique d’estive avec pâturage et fauche pour la transformation du lait et la fabrication de fourme (Damon 1972). Centré autour de la jasserie, bâtiment d’estive regroupant l’étable, le fenil et l’habitation, il a modifié les écoulements par la mise en place d’un réseau d’irrigation complexe et créé de vastes prés fertilisés, les fumades. Ce système a progressivement disparu au cours du XXe s., entraînant une modification de l’utilisation de l’espace montagnard. D’une part, les surfaces utilisées par l’agriculture se sont réduites, d’autre part, elles se sont intensifiées sur les parcelles les plus favorables. Le système d’estive s’est transformé avec la création de grands parcs de pâturage et l’abandon de l’utilisation des jasseries, provoquant l’arrêt de l’irrigation et de la fertilisation des fumades. Une grande partie des terrains abandonnés par l’agriculture est aujourd’hui boisée, en raison d’une dynamique de recolonisation forestière des landes, mais surtout à cause du développement de l’activité sylvicole dans les années 1970. La plantation de plus de 300 hectares de résineux dans notre secteur d’étude a contribué au doublement des surfaces occupées par la forêt depuis 1960. Depuis une vingtaine d’années de nouvelles pratiques agricoles, comme les labours et semis de prairies artificielles, se développent, menaçant la diversité du milieu.
Fig. 1. Localisation du secteur d’étude

3. Méthode
3.1. L’algorithme PEGASE
8Nous avons donc choisi d’utiliser la procédure Pegase. Cette dernière s’appuie sur la théorie des systèmes discrets ou distribués et sur la théorie de l’information et cherche à mettre en œuvre le concept d’ordre – ou organisation – dans un paysage et à en donner une mesure. L’algorithme permet ainsi d’estimer la contribution d’un certain nombre de variables (explicatives) à l’organisation d’un espace, caractérisée dans notre exemple par l’occupation du sol (variable cible). La théorie de l’information constitue la base théorique de la recherche de l’organisation. Elle permet à la fois de mesurer l’information contenue dans un paysage (complexité), c’est-à-dire l’information perçue par l’observateur, et d’apprécier les échanges d’information entre écosystèmes (messages allant d’une unité spatiale à une autre) ou du milieu abiotique au milieu biotique (Baudry et Burel 1985). Cette notion d’information permet à la fois une étude quantitative et globale sans nécessiter une connaissance fine des mécanismes de fonctionnement du paysage.
9Dans le cadre de cette utilisation de Pegase, l’espace étudié est représenté par un système cellulaire. Chaque unité spatiale (chaque cellule) est caractérisée par des descripteurs biotiques, abiotiques ou autres qui lui sont associés. Pegase est donc un algorithme divisif, hiérarchique et multivarié, où l’ensemble des unités est divisé progressivement par étapes (paliers) en sous-ensembles significatifs. Au cours du processus, les sous-ensembles sont de mieux en mieux définis par les variables explicatives (divisives). Palier après palier, PEGASE détermine quelle(s) variable(s), parmi les variables explicatives à disposition, permet (tent) de réduire l’entropie initiale au maximum, cette dernière étant estimée selon la formule de Shannon. Le paysage est découpé en zones qui rassemblent les unités où cette variable divisive prend la même valeur (Terminal subsets : TSS). Pour chaque zone, on aura une probabilité différente d’être en présence d’une certaine valeur de la variable cible. On introduit donc une contrainte dans le paysage, créé un ordre et réduit le nombre de configurations possibles de la variable cible. Le processus est répété jusqu’à l’obtention d’une division de l’espace selon une combinaison particulière des variables explicatives, combinaison qui représente la réduction maximum du nombre de configurations possibles. En fin de processus, on a donc réduit l’entropie du système au maximum, en fonction d’une série de critères différents. Cette différence entre entropie initiale et entropie finale est appelée néguentropie.
10En fin d’application de l’algorithme, différentes métriques sont fournies :
- l’entropie initiale,
- l’entropie finale,
- la néguentropie (différence entre entropie initiale et entropie finale) dont la valeur exprimée en pourcentage est la redondance,
- la contribution de chaque variable à la néguentropie,
- la spécificité est le degré de dépendance des classes de la variable cible vis-à-vis des combinaisons de variables explicatives soulevées par l’algorithme. Elle montre dans quelle mesure la présence d’une classe dans un TSS exclut celle des autres classes.
11Nous disposons également d’une cartographie de l’état prédit, simulée à partir d’une matrice de probabilités d’occurrences de chaque classe de la variable cible dans chaque TSS.
12Une matrice de succès est également disponible. Elle indique la probabilité qu’une unité appartenant à une classe de la variable cible soit prédite comme appartenant à une autre et montre de ce fait les probabilités de prédiction erronées.
3.2. La base de données
13Toutes les variables ont été intégrées au sein d’une base de données respectant une structure spécifique au logiciel Pegase. Pour ce faire, nous avons utilisé les outils XLPeg (Mazagol 2005) et Asc2Peg (Mazagol et Mayoud 2005) permettant l’automatisation de la création de bases de données de grande taille à partir de fichiers au format d’échange ESRI ASCII Grid. Cela permet l’intégration de données provenant de différentes sources et logiciels.
3.2.1. La variable cible
14La variable cible est la variable que l’on cherche à expliquer. En l’occurrence, il s’agit de l’occupation du sol. La cartographie a été réalisée par photo-interprétation à partir de l’ortho-photo de 2001 (Fig. 2). Elle a ensuite été soumise à des validations de terrain. Cinq types principaux d’occupation du sol ont été définis : zones forestières, landes, tourbières, prés et pâtures et enfin surfaces minérales. Il s’agit de distinction physionomique et non de distinction relative aux espèces qui composent les groupements végétaux (Fig. 3). Au sein de chaque catégorie, différentes sous-classes ont été identifiées pour obtenir une nomenclature composée de 26 types d’occupation du sol. Toutefois, pour des raisons techniques liées au processus PEGASE, nous avons simplifié la classification en regroupant certaines classes pour ne conserver que 15 types d’occupation du sol.
Zones forestières
15On distingue au sein des surfaces forestières plusieurs types de boisements (Thébaud 1990). Tout d’abord, ceux de la hêtraie – sapinière qui sont caractéristiques de l’étage montagnard sur les versants foréziens au-dessus de 900 m d’altitude. Ensuite, confinés à des espaces géographiques plus restreints, on peut facilement identifier les bosquets de feuillus composés de saules, bouleaux et sorbiers qui occupent les fonds de vallons humides. Enfin, on distingue les plantations de résineux, qui sont nombreuses dans notre secteur d’étude. Elles ont été plantées dans les années 1970, suivant des densités de 2500 plants par hectare sur la lande et de 1320 plants par hectare sur sol humide, dans un objectif de reconversion des terrains agricoles abandonnés par l’agriculture (Michelot et Dupasquier 2001). Les zones ouvertes au sein de ces espaces forestiers, qu’ils s’agissent de clairières, coupes forestières ou secteurs de chablis pour la plupart hérités de la tempête de décembre 1999, ont été regroupées dans une classe supplémentaire.
Landes
16Il s’agit de landes acidophiles à dominante basse à des stades plus ou moins dégradés. Cette végétation héritée des défrichements historiques est composée de callune (Calluna vulgaris), de myrtilles (Vaccinium myrtillus) et de genêts. Nous avons distingué trois états de la lande. Il s’agit de la lande à bruyère, de la lande herbacée, formation secondaire issue de la fauche de la bruyère, et de la lande arborée, boisée par des pins sylvestres, des bouleaux, des saules ou des hêtres.
Fig. 2. Vue en 3 dimensions du secteur de Gourgon -Bazanne

Tourbières et zones humides
17La délimitation de ces milieux s’appuie sur les différents inventaires cartographiques des tourbières (CREN, Université Jean Monnet). En effet, sur les photos aériennes, il est difficile de distinguer les tourbières des landes, et ce, parce que la bruyère couvre indifféremment ces deux types de milieux. Les tourbières, par leur hydromorphie, se caractérisent par une accumulation de matière organique non décomposée. Or, l’analyse visuelle des photos aériennes, qui ne fait apparaître que la végétation de surface, ne permet pas de prendre en compte l’accumulation de tourbe. Par conséquent, la cartographie des zones tourbeuses repose principalement sur les observations et les sondages effectués sur le terrain (Tourman 1999, Porteret 2001, Cubizolle 2005). On distingue les zones de tourbières haute et basse, mais également les secteurs boisés ou plantés en résineux. Il faut ajouter ici les petites zones humides qui ne sont pas véritablement des tourbières.
Prés et pâtures
18Cette classe d’occupation du sol regroupe les fumées, les pâtures, les prairies artificielles et les champs labourés. L’ensemble de ces types d’occupation du sol est marqué par une forte empreinte agricole. La délimitation de ces ensembles est facilitée par leur bonne correspondance avec la forme géométrique des parcelles cadastrales, souvent soulignéespar la présence de clôtures. C’est notamment le cas des grands parcs de pâturages qui ont été mis en place au détriment de la lande depuis les années 1950. D’autre part, certains types d’occupation comme les fumées ou les prairies artificielles sont constituées de cortèges floristiques très spécifiques qui s’individualisent nettement par leur couleur sur les photographies aériennes.
Fig. 3. Les types d’occupation du sol du secteur de Gourgon - Bazanne

Surfaces minérales et bâties
19Il s’agit de très faibles superficies qui correspondent à la roche affleurante des édifices volcaniques de Gourgon et Bazanne, mais également au sol nu des chemins et routes qui parcourent le secteur. À cela s’ajoute le bâti sous la forme des jasseries et autres constructions.
3.2.2. Les variables explicatives
20Nous avons sélectionné pour l’analyse les facteurs qui peuvent avoir une influence potentielle sur la distribution de la végétation et, par extension, sur la structuration du paysage. Ces variables sont de deux types : soit ce sont des données brutes, soit ce sont des données dérivées issues du traitement des données brutes. Par exemple, l’altitude appartient au premier type et c’est à partir de cette dernière que nous obtenons les pentes ou l’exposition.
Les facteurs physiques
21Nous avons sélectionné de nombreuses variables qui traduisent des facteurs topographiques, climatiques, hydrologiques et géomorphologiques. Celles-ci, souvent issues de traitements du modèle numérique de terrain, sont assez aisées à acquérir. Elles ont pour objectif de traduire l’influence des facteurs physiques dans la dynamique des bassins versants et dans l’organisation de la végétation. Ainsi, la topographie influence la migration et l’accumulation des substances déplacées par gravité le long de la surface de terrain et dans le sol (Florinsky et al. 2002). Elle intervient en relation avec les facteurs microclimatiques et hydrologiques dans la répartition des différents volumes d’eau qui transitent dans les bassins versants. Les différents facteurs sont souvent liés et interdépendants, c’est la raison pour laquelle certaines variables peuvent paraître redondantes. Cependant, les concepts sous-jacents à la méthode PEGASE permettent de prendre des variables redondantes sans que cela influe sur les résultats.
• L’altitude et la pente
22Ces variables jouent un rôle fondamental dans la distribution de la végétation. Elles influencent notamment le fonctionnement climatique et hydrologique, qu’il s’agisse de la vitesse de circulation des eaux de surface et souterraines, du ruissellement, des précipitations locales, de la teneur en eau des sols ou des processus géomorphologiques tels que ceux liés à l’instabilité des sols (glissement de terrain…) (Moore et al. 1991). Elles constituent par ailleurs un élément clef de l’occupation humaine des paysages, par l’influence qu’elles exercent à la fois sur les sites d’habitat, sur le dessin du parcellaire et sur la capacité de mise en valeur agricole et forestière, en fonction notamment de la mécanisation. Sur les Hautes Chaumes, l’étagement altitudinal est très caractéristique.
• Les courbures du relief
23Il est possible d’estimer différents types de courbures du relief qui correspondent à la concavité ou à la convexité de la surface du terrain d’étude selon différents plans. Les courbures verticale et horizontale sont les facteurs locaux de détermination de la dynamique de l’eau extra et intra-sol. La première influence la distribution de la couverture végétale. Elle affecte l’humidité des sols, leurs pH, l’épaisseur de leurs horizons, leur teneur en matière organique. Elle conditionne l’accélération des écoulements, le rapport entre érosion et dépôts ainsi que les processus géomorphologiques (Moore et al. 1991). Elle est, en outre, un indicateur des linéaments géologiques, accidents d’importance régionale (par exemple les failles), souvent à jeu complexe, qui se poursuivent sur de longues distances. La courbure horizontale, quant à elle, entre dans les processus de convergence et de divergence des écoulements. Elle influence la teneur en eau des sols ainsi que leurs caractéristiques (Moore et al. 1991). La courbure moyenne peut être un attribut topographique plus représentatif que les courbures horizontale et verticale quant à la description de phénomènes paysagers (Florinsky 2000). Elle contrôle, elle aussi, l’humidité du sol et la distribution de la couverture végétale. Les courbures d’accumulation des flux fournissent des données sur les zones d’Accumulation, de Transit et de Dissipation (indice ATD) qui peuvent être employées pour prévoir quelques propriétés des sols (Shary 1995, Florinsky 2000). Cet indice a pour objectif de faire apparaître le statut de tout point du bassin versant vis-à-vis de la circulation de l’eau. On identifie ainsi des zones de convergence ou de divergence et d’accélération ou de ralentissement des flux.
• La distance par rapport aux crêtes
24Elle est supposée induire un effet de protection face aux phénomènes climatiques locaux, tel que le vent. Mais les zones de crêtes sont également les surfaces drainées minimales d’où une sécheresse relative des sols. Ce critère peut être assimilé à la longueur de pente, significative quant au taux d’érosion, à la production de sédiments et au temps de concentration (Speight 1974).
• La distance par rapport aux talwegs
25L’organisation du réseau de talwegs est fondamentale dans le fonctionnement du système d’érosion. Cette variable permet de pallier l’absence de cours d’eau non référencés dans les données hydrographiques utilisées par ailleurs. Inversement, elle permet de mettre en évidence les talwegs qui ne sont pas marqués par la présence régulière d’eau, voire ceux qui sont totalement secs. De fait, les sols des talwegs présentent en général une différence avec ceux des points hauts. La distance influence également le climat local par le biais de l’insolation avec un effet d’ombrage plus ou moins important. Elle va également jouer un rôle sur la circulation des vents en induisant un effet protecteur ou, au contraire, en facilitant leur flux, et ce en fonction de leur orientation.
• La distance au réseau hydrographique
26Cette distance doit permettre de prendre en compte la dynamique des écoulements dans la zone d’étude. Complémentaire de la cartographie des distances aux talwegs, elle fait apparaître la présence des nappes d’eau liée à la présence des cours d’eau.
• La rugosité du relief et le relief local relatif
27L’influence de la rugosité et du relief local relatif est essentiellement d’ordre climatique, une forte rugosité freinant les vents et diminuant, par exemple, la dissipation des brouillards. Cependant, il est important d’ajouter que ces deux indices sont fortement dépendants de l’échelle à laquelle ils sont calculés (Brown et al. 1998, Hörsch 2003). Il s’agit également d’un indicateur indirect de l’épaisseur des sols et des formations superficielles, une forte rugosité ne pouvant guère s’expliquer, sur les Hautes Chaumes, que par des chicots rocheux, des corniches…
• L’exposition
28L’orientation des pentes influe directement sur les paramètres hydrologiques et climatiques. En effet, elle conditionne la répartition de l’énergie solaire reçue par les surfaces terrestres, mais également l’exposition aux vents dominants. Les différences d’exposition se traduisent par des contrastes dans la distribution et l’abondance des espèces végétales et animales, ainsi que sur le climat local (Moore et al. 1991, Wilson et Gallant 2000).
• La durée d’insolation et la radiation solaire théoriques
29Ces deux paramètres conditionnent les processus biophysiques liés à la température de l’air ou des sols, à l’évapotranspiration et à la production primaire (Dymond et Johnson 2002, Reuter et al. 2005). Dans notre étude, il s’agit de valeurs théoriques calculées à partir du modèle numérique de terrain. Faute de données spatialisées sur la distribution des températures, des précipitations ou de l’évapotranspiration, ces deux paramètres doivent permettre de prendre en compte la dimension climatique de l’organisation du paysage.
• Le substrat et la géomorphologie
30Malgré la relative uniformité du substrat granitique à l’échelle des Hautes Chaumes du Forez, nous avons pris en compte deux critères issus de la carte géomorphologique du Haut Forez (Etlicher 1986). Nous avons intégré les différents types de substrat, c’est-à-dire les types de dépôts superficiels issus de la roche en place. On distingue ainsi différents types d’arènes granitiques en place, mais également les dépôts remaniés par les dynamiques glaciaires et périglaciaires, sans oublier les inclusions de roche volcaniques. La variable géomorphologie correspond aux grandes dynamiques de mise en place des formes du relief, à savoir les formes d’origine glaciaire, périglaciaire, fluviatile, structurale, etc.
Les variables anthropiques
31Bien qu’il ait été envisagé de prendre en compte une multitude de variables relatives aux activités humaines, nous avons été contraints suite aux premiers tests de déroulement du processus PEGASE, de ne conserver que trois variables anthropiques. En effet, l’utilisation de distance à une classe de la variable cible pose des problèmes qui seront évoqués dans la discussion (distance aux fumées ou aux plantations de résineux).
• L’activité pastorale
32L’activité pastorale sur les Hautes Chaumes est ancienne puisque les indices polliniques d’anthropisation sont datés à 5000 avant J.-C. (Argant et Cubizolle 2005, Cubizolle 2005). Par son ancienneté séculaire et son intensité, le pastoralisme a fortement marqué le paysage. Pour prendre en compte cette variable, nous avons choisi de définir une distance aux jasseries. En effet, les jasseries sont le centre du système agro-pastoral qui s’est mis en place sur les Hautes Chaumes au fil des siècles. C’est autour de ce bâtiment d’estive que s’organisait traditionnellement tout l’espace agricole (Couhert 1988).
• La distance au réseau d’irrigation
33Cette variable prend en compte un élément clef de l’organisation de l’espace pastoral traditionnel. En effet, avec les jasseries s’est développé un système d’irrigation fertilisante qui a pu considérablement modifier la dynamique des écoulements naturels. L’eau est captée en amont de la jasserie, et est amenée jusqu’à elle, parfois sur des distances de plusieurs kilomètres, par le béal. Cette eau est stockée pour permettre de laver chaque jour l’étable. Cette technique permet de faire l’économie de la litière, mais surtout de fertiliser les parcelles en aval des jasseries, puisque l’eau chargée des déjections est répartie dans la fumée suivant un réseau d’irrigation penné (ou en arête de poisson).
• La distance aux chemins
34Les Hautes Chaumes subissent une pression touristique importante induisant de nombreuses activités de loisirs telles que les randonnées équestres ou pédestres. Si ces activités sont peu dommageables pour le milieu, les loisirs motorisés ont fortement dégradé le réseau de chemins (ou réseau viaire) existant et créé de nombreuses pistes sauvages, détruisant la flore et favorisant l’érosion. La distance au réseau viaire permet d’estimer l’accessibilité aux différentes zones du terrain d’étude, que ce soit pour une utilisation agro-pastorale ou pour la fréquentation touristique. D’un point de vue agro-pastoral, cette distance met en relief l’accessibilité des parcelles aux troupeaux et aux engins agricoles. D’un point de vue touristique, elle traduit l’influence de ce type de fréquentation.
4. Résultats
35Les résultats généraux sont présentés sous forme de tableau (Fig. 4a). La redondance est de 86,5 %, c’est-à-dire que l’ensemble des contraintes exercées par les variables explicatives sélectionnées représente 86,5 % de l’entropie initiale. L’occupation du sol est donc relativement bien déterminée par les descripteurs sélectionnés. Il s’agit d’un score remarquable. Seul 13,5 % de la néguentropie ne sont expliqués par aucune des variables sélectionnées. Cela peut s’expliquer par l’existence de variables que nous n’aurions pas prise en compte ou tout simplement par le hasard. Le processus semble s’être déroulé dans de bonnes conditions, l’aspect des courbes étant conforme à la normale (Fig. 4b). Différentes variables ont une influence que nous jugeons significative (dont la contribution est supérieure à 5 %) (Fig. 4c).
36Globalement, on note deux grands pôles :
37- des variables physiques. Il s’agit essentiellement de l’altitude, l’exposition, la pente, le substrat, la géomorphologie ;
38- des variables anthropiques telles les distances aux chemins et aux jasseries. Toutefois, ces dernières sont étroitement liées aux conditions physiques, comme la forme du terrain par exemple. La localisation des jasseries actuelles, qui ont progressivement remplacé les constructions temporaires à la fin du XIXe s. (Damon 1972), répond à un subtil équilibre entre la distance aux sources et la possibilité de développer, en aval de la jasserie, un réseau d’irrigation qui permette de fertiliser la fumée la plus vaste possible.
39Ainsi, si nous montrons que les conditions physiques jouent un rôle majeur dans l’organisation du secteur, il faut bien garder à l’esprit que la physionomie actuelle des Hautes Chaumes est le fruit d’une pression anthropique plurimillénaire que nos variables ne prennent pas en compte.
40La spécificité des classes d’occupation du sol (Fig. 4d), c’est-à-dire leur degré de dépendance vis-à-vis des combinaisons de variables explicatives soulevées par l’algorithme, est globalement élevée (>0,7). Cela indique une bonne intégration des variables au sein du modèle. On note cependant le cas des classes de spécificité les plus faibles : ce sont les classes soumises à des risques de confusion avec d’autres classes lors de la mise en place des cartographies du couvert végétal.
41Les matrices de succès indiquent la probabilité qu’une unité appartenant effectivement à une classe de végétation soit prédite comme appartenant à cette classe. Son analyse permet de mieux cerner les liens existants entre les différentes classes d’occupation du sol. Ces matrices montrent donc les probabilités de prédiction erronée (sachant qu’une unité appartient à une classe donnée, l’algorithme l’associe faussement à une autre classe). Nous en avons utilisé deux types :
42- la matrice de succès brute (Fig. 5a) où seules figurent les probabilités d’erreur supérieures ou égales à 10 % (limite arbitraire), les autres étant considérées comme aléatoires,
43- la matrice de succès après regroupement (Fig. 5b) tient compte de regroupements a priori de classes en fonction des liens existants entre ces dernières et permet de corriger les succès de prédictions au sein de chacun d’eux. Ainsi, au sein d’un même groupe, les confusions sont considérées comme des succès. Nous avons procédé à quatre regroupements : « zone agricole », « landes », « zone forestière » et « tourbières et zones humides ».
44On note au final peu de confusions. Elles peuvent être divisées en deux groupes :
45- les confusions intra-groupes synonymes de classes proches (par exemple, « surface minérale/ fumées », ou « tourbières basses/tourbières hautes »),
46- les confusions inter-groupes qui peuvent avoir deux origines distinctes. Soit ces confusions sont liées à des ressemblances physionomiques au cours de la mise en place de la cartographie d’origine par photo-interprétation. Soit elles traduisent la mise en évidence de dynamiques spatiales au sein du terrain d’étude (certaines classes mutent et les combinaisons qui leur sont associées sont proches de celles associées à d’autres classes). En l’occurrence, nous ne notons qu’une seule confusion de ce type : « zones humides/landes herbacées ». C’est ici la première hypothèse que nous retenons.
Fig. 4. Résultats de l’analyse PEGASE

5. Discussion
47Les résultats obtenus lors de cette utilisation de l’algorithme Pegase sont en tous points remarquables, puisque l’algorithme nous permet d’obtenir la plus forte redondance jamais observée dans ce type d’étude. Il n’en reste pas moins qu’ils peuvent être soumis à discussion et ce sur différents points.
48L’organisation du secteur Gourgon-Bazanne apparaît comme étant fortement influencée par les conditions physiques du milieu. Cela est indéniable du fait des conditions climatiques qui règnent sur ce territoire d’altitude. Cependant, se limiter à une telle interprétation reviendrait à nier la part de l’action anthropique qui ne doit pas être négligée. En effet, les Hautes Chaumes sont le siège d’une activité agropastorale qui au cours des siècles a participé au maintien de cette organisation. Deux raisons nous semblent pouvoir être avancées. Tout d’abord, la mise en place des activités anthropiques est inhérente aux conditions physiques du milieu considéré. Ainsi, il est possible que la contribution des variables anthropiques soit masquée par certaines variables physiques. En effet, d’autres utilisations de Pegase, sur la totalité des Hautes Chaumes, ont mis en avant l’importance de l’activité agro-pastorale (Mazagol 2006). Mais cette dernière est trop homogène à l’échelle de zones plus petites telle notre zone d’étude.
49Un exemple tangible d’intervention de l’homme est la plantation de résineux dans des zones tourbeuses. Cette action est difficile à prendre en compte en tant que variable explicative sans trop influencer le déroulement de l’algorithme. Intégrer une telle influence ferait apparaître un lien fort entre cette variable et cette classe d’occupation du sol (la cartographie de la variable explicative correspondant alors à celle de la classe considérée seule). Elle ferait émerger des phénomènes de masque sur les autres variables, phénomène inhérent à leur sélection au cours du processus.
Fig. 5. Matrices de succès

50La non-disponibilité d’informations précises et surtout cartographiables concernant les pressions anthropiques dans la zone d’étude est une limite à une modélisation complète. Sans préjuger de l’évolution des résultats obtenus à l’issue de l’ajout de nouvelles variables anthropiques, on pourrait imaginer voir leur contribution prendre le pas sur celle de variables déjà intégrées dans nos bases de données.
51D’autre part, l’existence de confusions, notamment entre types d’occupation du sol proches, permet d’initier une réflexion quant à la qualité de la cartographie de végétation et l’existence de dynamiques au sein du terrain d’étude. Notre méthode pourrait être proposée comme une aide à la mise en place de cartographie par photo-interprétation, à l’instar de ce qui a déjà été fait en télédétection (Mazagol 2006).
52L’ensemble des résultats ouvre des pistes de réflexion. Il amène notamment à s’interroger sur les éventuelles variables supplémentaires, notamment anthropiques, qu’il serait nécessaire d’intégrer dans notre démarche.
53Au delà, il semble important d’envisager la mise en place d’une démarche multi-échelle afin de mieux prendre en compte les effets d’échelle spatiale. En effet, l’influence de l’échelle prise en compte (résolution, étendue, taille des fenêtres d’acquisition de certaines variables) lors de tels travaux est primordiale, des variables pouvant présenter un rôle majeur dans l’organisation d’un territoire en s’exprimant à une échelle, mais pas à une autre. La résolution et l’étendue choisie pour l’analyse influent donc sur les résultats et permettent de faire ressortir des variables dominantes (Mazagol 2006). Dans un tel contexte, Pegase permet en effet de mettre en évidence l’influence de la résolution sur les différents résultats obtenus (Mazagol 2006). Sa diminution induit une perte d’information, réduisant la complexité du processus et conduit soit à la minimisation, soit à la maximisation de la contribution de certaines variables explicatives. Cependant, les études à haute résolution font apparaître des phénomènes de voisinage de cellules qui sont gommés par le ré-échantillonnage des cellules à basse résolution (Mazagol 2006). Il est donc délicat de se contenter d’étudier un paysage, avec Pegase comme avec d’autres outils, à une seule et même résolution, sans négliger des aspects importants intervenant dans son organisation. Mais faire varier l’échelle n’est pas sans conséquence sur la qualité de l’information. Si la variation de l’étendue ne l’influence pas, la diminution de la résolution est source de dégradation majeure de l’information.
54La notion de temps est également primordiale. Pour la prendre en compte, une première approche consiste à comparer les résultats obtenus à différentes dates (Mazagol et Porteret 2006). L’évolution diachronique de la part des différentes variables explicatives de l’organisation du paysage peut ainsi traduire la transformation de la dynamique de l’écosystème (Mazagol et al. in prep.). Mais, il faut garder à l’esprit que l’organisation de la couverture végétale, que nous étudions au temps t, n’est pas uniquement le fruit de dynamiques contemporaines à ce temps t. La prise en compte de variables explicatives exprimant des dynamiques passées nous paraît donc nécessaire, parce qu’elles traduisent le poids des structures anciennes du paysage dans l’organisation actuelle, autrement dit l’inertie du système.
55Pour conclure, nous pouvons donc affirmer que la prise en compte des différents niveaux d’échelles temporelle et spatiale doit permettre d’affiner l’interprétation des résultats, qui sont déjà remarquables, pour mettre en évidence les processus spatiaux qui ont cours au sein du territoire étudié.
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