Comptage avec drone, des faune, flore et activités humaines

27 février 2016 – [datedermaj]

La prise de vues par drone s’avère être une technique très efficace pour repérer, inventorier et cartographier la faune, la flore et les activité humaines. Il permet de récolter de nombreuses données à haute résolution spatiale et temporelle, avec de faibles coûts opérationnels. De plus, sans odeur, il approche et capture plus facilement, des images de certaines espèces sensibles à la présence humaine. Pour finir, il est en capacité de couvrir de grandes surfaces en un temps record et permet d’atteindre des zones éloignées, inaccessibles ou impraticables.

Comptage avec drone et prise de vues aériennes

Afin de protéger et de conserver les espèces animales et végétales, le recensement du nombre d’individus et l’inventaire sont des techniques incontournables pour estimer la taille d’une colonie ou population. Il existe pour cela différentes techniques de terrain.

Par contre, en fonction de la quantité d’individus ou de leur localisation, ces techniques peuvent s’avérer très fastidieuses voire impossibles à mettre en oeuvre.
Face à ce constat, une solution de comptage par drone associée à un logiciel d’acquisition et de traitement d’images trouve tout son intérêt. En effet, le drone permet de voler à basse altitude jusqu’à 150 mètres. Cette technique peut être utilisée dans le milieu naturel, aussi bien pour la faune sauvage que les animaux d’élevage (taureaux, chevaux…), mais également en ville, pour suivre les populations de certains oiseaux invasifs, comme les pigeons ou goélands.

Suivi des espèces invasives ou envahissantes, par drone

Les goélands désertent de plus en plus les zones littorales, comme les pigeons, la campagne, pour nicher dans les milieux urbains et provoquent certaines nuisances: bruit, salissures, dégradation de toitures (revêtement d’étanchéité), agressivité (intimidations par les goélands liées à la défense de leur nid). En zone urbaine, le comptage permet dans un premier temps de déterminer une population, de réaliser un inventaire des nids, puis d’évaluer le résultat des campagnes de stérilisation des oeufs.

Les sangliers, selon leur densité, peuvent avoir des impacts négatifs, dans les milieux agricoles. Ils peuvent être à l’origine de dégâts aux cultures et aux prairies. Dans les zones péri-urbaines, ils peuvent aussi engendrer des accidents de la route. Il est primordial de déterminer et de maintenir une densité d’ongulés cible, permettant à l’agriculture, la sylviculture et à la chasse de coexister, tout en maintenant un bon fonctionnement écosystémique. Pour mettre en place des moyens de gestion, il est nécessaire de connaître l’état des populations de gibier et de suivre leur évolution. Les données d’imagerie par drone seront acquises le long de transects en zone forestière non dense ou en zone péri-forestière, au moyen d’un capteur thermique, permettant la détection du gibier par sa différence de température avec le milieu environnant, et selon le cas, d’un capteur optique en complément, afin de pouvoir identifier l’espèce. L’évaluation des possibilités de détection et de la capacité de différenciation des espèces pourra reposer sur des données de “colliers GPS” ou des observations au sol réalisées en même temps que les vols.

De même, la photographie aérienne par drone permet aussi d’évaluer l’entendue de la flore invasive par exemple.

Approche des animaux en drone selon les espèces

De nombreuses études documentées montrent que les drones ou les cerf-volants permettent d’approcher les oiseaux, tout en ménageant une distance de fuite, selon l’espèce. Le principal avantage du drone est sa discrétion, équipé de seulement quatre à six petits moteurs électriques, il devient presque inaudible, noyé dans le bruit du vent et le bruit ambiant.
La photographie aérienne avec ces vecteurs permet le comptage de l’avifaune qu’elle soit en vol ou posée, comme des goélands, cormorans, mouettes, rapaces… ou autres espèces. C’est également possible pour des phoques, tortues marines (comme à Mayotte)…voir des mammifères, avec une marge d’erreur plus importantes selon les conditions de surface.

Nous avons expérimenté le vol en drone en présence de milliers de goélands sédentarisés, dans le cadre d’un film de sensibilisation sur le tri des déchets sur le site de la déchèterie de Chubiguer à Belle-île-en-mer (56). A l’instant où l’arrière du camion a basculé sa benne, la présence de déchets frais a excité une nuée de goélands qui ont pris leur envol. Mais, une approche lente et prudente du drone ne les a pas effrayé ou rendus agressifs. Certains se sont même permis d’éviter le drone en faisant un écart en vol. Pour plus de détails sur notre expérience: Clip “tri des déchets” pour la CCBI.

D’autre part, une unité du CNRS/Université de Montpellier a conduit un test grandeur nature auprès d’une population de flamants roses de Camargue. « Nous voulions savoir jusqu’où nous pouvions aller sans provoquer de réaction de la part des oiseaux, mouvement de tête ou déplacement au sol. Nous avons donc varié les angles, la vitesse d’approche, la couleur du drone et la distance finale entre le drone et les flamants », explique David Grémillet, biologiste au Centre d’écologie fonctionnelle et évolutive (Cefe) dans un article du journal du CNRS.

Les résultats réservent une vraie surprise aux chercheurs, puisqu’ils ont pu approcher le drone jusqu’à 4 mètres de distance sans que les oiseaux ne montrent aucune réaction de stress. C’est probablement le cas parce que le drone ne ressemble à aucun prédateur connu. Seule l’approche verticale, directement au-dessus du groupe, leur a fait tourner la tête, car il s’agit de leur angle mort. À terme, si les chercheurs parviennent à approcher l’engin au plus près des animaux, les drones pourraient également permettre de télécharger les données des appareils de mesure fixés sur les individus en liberté: position GPS, fréquence cardiaque, dépense énergétique, température et autres données capitales à l’étude de la faune sauvage –, et ce sans avoir à les recapturer.

Fiabilité du comptage de la faune avec drone ?

Dans un article de la revue Nature, une équipe de biologistes australiens a conclu que l’usage des drones pour recenser les individus peuplant une colonie animale offrait de nouvelles perspectives pour la science, tant les résultats obtenus étaient plus fins qu’en ayant recours aux méthodes traditionnelles (jumelles et compteurs sur le terrain). Une équipe de chercheurs australiens conduite par le biologiste Jarrod C. Hodgson de l’Université d’Adélaïde a souhaité comparer l’efficacité des méthodes de comptage. Ils se sont donnés pour objectif de décompter la population de plusieurs colonies animales. Sept colonies d’oiseaux (cinq de frégatidés et deux de sternes huppés) et trois colonies de Gorfous de Schlegel ont été observées entre avril 2014 et avril 2015 sur plusieurs îles Australiennes. Au sol, des observateurs se sont contentés de compter à l’oeil nu, avec des jumelles et des compteurs manuels. Dans le ciel, des drones avec capteurs d’images ont été déployés pour survoler les colonies. Deux approches pour deux résultats.

En plus d’offrir une meilleure visibilité et un décompte plus fin, les drones permettent d’atteindre des endroits reculés voire inaccessibles, et sans faire fuir les animaux observés. Les perspectives d’utilisations sont immenses selon les auteurs, de l’étude des colonies d’oiseaux à celles des pingouins ou de poissons, il est désormais possible de suivre les mouvements migratoires d’espèces animales avec une précision inespérée.

Pour finir, les chercheurs ont compilé leurs conclusions dans une figure à la suite qui compare l’efficacité des deux méthodes point par point. Le nombre de ” + ” indique l’ampleur de la variation dans les calculs (donc le nombre d’erreurs), avec une échelle de mineure (+), modérée (++) ou majeur (+++). Les ” – ” indiquant combien la méthode réduit, au contraire, les écarts de résultats entre les échantillons. La flèche bleue en pointillés indique la possibilité pour les comptages dérivés des drones d’être répéter en utilisant l’échantillon existant. Les drones se révèlent particulièrement efficaces dans le processus de décompte final. Autres points notables : les drones dérangent moins les populations observées et ne sont pas gênés par les mouvements des animaux, ce qui permet in fine, un décompte plus précis.

Les drones comptent-ils la faune plus précisément que les humains ?

Une étude plus récente a été publiée le 13 février 2018 par des chercheurs australiens de l’université d’Adelaïde dont Jarrod Hodgson, un étudiant doctorant en écologie dans la revue scientifique British Ecological Society avec comme titre:  Les drones comptent-ils la faune plus précisément que les humains ? (Drones count wildlife more accurately and precisely than humans).

Le fait de connaître le nombre d’individus dans une population faunistique permet de prendre des mesures de gestion éclairées. Les écologistes utilisent de plus en plus des technologies, comme les aéronefs pilotés à distance, communément appelés «drones», pour des applications comme la surveillance et suivi de la faune. Bien que les drones soient largement considérées comme un moyen rentable de recueillir des données sur une population de haute qualité, la validité de ces allégations n’est pas claire. En utilisant des répliques grandeur nature de colonies d’oiseaux de mer contenant un nombre connu de faux oiseaux en caoutchouc, les chercheurs ont évalué l’exactitude du suivi de la population faunistique avec un drone par rapport à la méthode traditionnelle de dénombrement au sol, par comptage humain. La tâche des deux approches consistait à compter le nombre de faux oiseaux dans chacune des dix répliques de colonies d’oiseaux marins.

Ils ont montré que les données dérivées des drones sont, en moyenne, de 43% à 96% plus précises que la méthode traditionnelle de collecte de données au sol par recensement humain. Ils démontrent également que les données détectée à distance issues de cette captation aérienne peuvent être semi-automatisés avec un haut degré de précision. Ils concluent que les données de suivi de la faune issue des drones avec une précision accrue fournissent une plus grande puissance statistique pour détecter les fluctuations de population avec une échelle précise permettant une gestion écologique plus éclairée et proactive.

Quelques exemples d’applications

• En Allemagne, dans la région de Bavière, les drones sont utilisés pour protéger les faons. En effet, les biches les cachent souvent dans les herbes hautes, en bordure de forêts, afin de les protéger des prédateurs. Chaque année, 100 000 d’entre eux sont tués par les moissonneuses batteuses.
• En Angleterre, la Royal Society for the Protection of Birds (RSPB) se sert de drones pour étudier les schémas de reproduction des râles des genêts et des gruidés qui viennent d’êtres réintroduits.
• Au Québec, David Bird, professeur à l’université McGill à Montréal et James Junda, étudiant diplômé de McGill ont menés une étude sur l’utilisation d’un drone multirotor pour étudier les nids de buses de Swainson, faucons des prairies, buses rouilleuses et balbuzards pêcheurs. Leurs recherches leurs à permis de récolter de nombreux clichés et de constater que le drone n’avait aucun effet néfaste.
• Au Kenya, il est prévu de déployer des drones dans les 52 parc nationaux afin de lutter contre le braconnage des éléphants et des rhinocéros. Un projet pilote a déjà démontré que l’utilisation des drones pouvait réduire le braconnage de 96% dans les principales aires protégés du pays.

Il existe de nombreux autres projets dans le domaine, de par le monde.

Caractérisation de l’activité humaine, en drone, par photos aériennes

Sur le même principe que pour la faune ou la flore, la technique du comptage aérien à partir de photos aériennes montre aussi son utilité pour caractériser l’activité humaine, comme par exemple les pratiques nautiques: baignade, surf, jet ski, planche à voile, voile, kayak, navires au mouillage, sur un lieu donné. Cette technique permet d’étudier la typologie des pratiques, leurs répartition géographiques, comme leur pression sur le milieu.

Traitement des images et comptage

Nous utilisons un logiciel avec algorithme de traitement d’images qui permet la mise en valeur et détection d’animaux en les faisant ressortir du ciel ou du sol, qu’ils soient en vol ou posés.

Le programme permet de traiter des zones images jusqu’à une surface de 800 x 600 pixels et des nombres de 2000. Bien évidemment une image peut être décomposer en plusieurs parties si elle est plus grande. Le choix d’un seuil permet de mettre en évidence les groupes de deux oiseaux ou plus détectés en fonction du nombre de pixels sur l’image. Des rectangles blancs apparaissent pour souligner des groupes d’oiseaux. Par contre, des oiseaux très proches l’un de l’autre peuvent être amenés à être confondus en un seul gros objet par le logiciel et donc entraîner une erreur dans le nombre d’objets final. Pour cette raison, il est possible d’intervenir manuellement pour affiner la discrimination. L’opérateur peut aussi corriger les rectangles blancs d’identification en les déplaçant en bas sous la photo, dans la case voulue ; par exemple en déplaçant un groupe de quatre en bas. Exceptionnellement, on peut avoir besoin de signaler qu’un oiseau considéré comme seul est en fait un groupe de deux (clic droit). Pour les cas les plus difficiles un comptage manuel par marquage peut être utilisé. Il est plus adapté quand le fond sur lequel la population se détache n’est pas un minimum uniforme, à condition que la définition de la photo soit suffisante afin de distinguer chaque individu.

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Sources et pour aller plus loin