Which remote sensing indicators to survey shrimp farms in activity and to rehabilitate abandoned sites?

par Niken Financia Gusmawati

Thèse de doctorat en Biologie des populations et écologie

Sous la direction de Nazha Selmaoui et de Hugues Lemonnier.

Soutenue le 13-07-2017

à Nouvelle Calédonie , dans le cadre de École doctorale du Pacifique (Faaa) .

  • Titre traduit

    Quels outils de télédétection pour suivre les bassins aquacoles en activité et pour réhabiliter les sites abandonnés ?


  • Résumé

    La production de crevettes en Indonésie est en constante augmentation de part sa surface et l'intensification de ses élevages. Cette filière contribue au développement économique en milieu rural, à la sécurité alimentaire nationale, à l'emploi et au commerce extérieur. Cependant, ce développement rapide s'est accompagné d'effets écologiques et sociaux négatifs. Le développement de maladies dans les élevages ainsi que la dégradation de l'environnement côtier a conduit à l'abandon de 250 000 hectares de bassins dans le pays. Leur réhabilitation dans le cadre d'une activité durable est aujourd'hui une priorité pour le gouvernement indonésien.L'objectif de cette thèse est de développer des outils et des méthodes, basées sur de l’imagerie satellites à très haute résolution spatiale (THRS), (1) pour une meilleure gestion des sites de production et (2) pour réhabiliter les sites abandonnés. L'estuaire de la Perancak situé dans la Province de Bali, une zone de production en déclin, a été choisi comme site pilote. Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet INDESO dont l'objectif était de fournir des outils et des méthodes pour une meilleure gestion des ressources côtières et marines en Indonésie.Le premier outil développé pour objectif de cartographier automatiquement les bassins d'élevage. A cet effet, une méthode basée sur la détection des contours a été mise en place et comparée à deux autres méthodes, la première basée sur la méthode de croissance des régions, la seconde sur une classification non supervisée (plus particulièrement la méthode Isocluster). Notre méthode a permis de détecter une forte proportion de bassins avec une meilleure précision.Le second outil avait pour objectif de distinguer les bassins actifs des bassins abandonnés. Un indicateur intégré (IPAI) basé sur quatre critères identifiés sur les images THRS que sont la présence d'eau, d'aérateur(s), de ponton(s) d'alimentation et de végétation, a été développé. Cet indicateur permet de distinguer significativement un bassin actif d'un bassin inactif. La présence de ponton est le critère qui s'est révélé être le plus discriminant.Cet indicateur a été utilisé sur l'estuaire de la Perancak pour suivre la dynamique d’abandon des bassins, liée au développement des maladies dans les élevages, entre 2001 et 2015. Deux facteurs de risque conduisant à l'abandon ont été mis en évidence : le climat et le positionnement des bassins au sein de l'estuaire. Ces résultats suggèrent qu'une approche spatiale doit être prise en compte pour la réhabilitation des bassins. Trois zones ont été définies à partir de leur résilience spatiale aux maladies. Le niveau de connectivité entre des bassins via le réseau hydrologique augmente le risque d'abandon. A noter que la présence actuelle des pathogènes (White Spot Syndrome Virus, WSSV) dans les bassins et probablement dans l'environnement génère une mémoire écologique défavorable à la réhabilitation de fermes aquacoles de crevettes.A partir de ces résultats, une première proposition de plan pour réhabiliter les bassins abandonnés a été formulée dans le cadre d'une approche écosystémique. Pour lutter contre les maladies, ce plan suggère de développer une aquaculture multi-trophique intégrée (AMTI), basée sur la diversité des espèces élevées et de leur positionnement dans la chaine trophique, à l'échelle de l'estuaire. Les méthodes et les études qui doivent être conduites pour rendre opérationnelle cette proposition sont discutées.


  • Résumé

    Shrimp farming production in Indonesia has continuously increased through a large expansion of cultured areas and stocking density intensification. This activity supports rural economic development and contributes to national food security, employment and foreign exchange earnings. However, this development has generated adverse ecological and social effects. As consequences of diseases and environmental degradations, there are currently 250,000 ha of abandoned ponds. Their rehabilitation, within a sustainable aquaculture framework, is actually a high priority for the Indonesian government.The objective of the present PhD work was to develop tools and methodologies to (1) enable better management for operating sites of shrimp industry and (2) rehabilitate abandoned sites using very high-resolution satellite (VHRS) imagery. The Perancak Estuary, located in Bali Province, is the production area in decline that has been chosen as study site. This work has been carried out in the frame of the INDESO project which was assigned to develop and provide tools and methods for better management of marine and coastal resources in Indonesia.The first developed tool was an automatic classification procedure for aquaculture mapping. A method based on Edge Detection on VHRS images was proposed and compared with those generated by Region Growing segmentation and unsupervised classification Isocluster. Edge Detection method could successfully create aquaculture map in the Perancak estuary by identifying a large proportion of existing ponds, with good overall accuracy.To implement effective procedure for appropriate aquaculture ecosystem assessment and monitoring, the second tool was an Integrated Pond Activity Indicator (IPAI). It aimed to discriminate active from abandoned ponds and was developed based on four criteria using VHRS images. Those criteria were: presence of water, aerator, feeding bridge and vegetation. This indicator succeeded in detecting active pond with a good accuracy, and feeding bridge appeared to be the most discriminant criteria.This second indicator has then been applied to the Perancak estuary to highlight the abandonment dynamic due to disease between 2001 and 2015. Two risk factors that could contribute to explain dynamics of abandonment were identified: climate conditions and pond locations within the estuary, suggesting that a spatial approach should be integrated in planning processes to operationalize pond rehabilitation. Three areas were defined based on their disease resilience. Ponds connectivity through water network increased the risk of disease development. The continued presence of shrimp pathogen species in ponds and probably in the environment (i.e. White Spot Syndrome Virus, WSSV) may generate ‘ecological memories’ that prevent to the return of shrimp productive system.These results were used to establish a first proposal of rehabilitation plan using an ecological approach. At the whole ecosystem scale, the development of an integrated multi-trophic aquaculture (IMTA), based on the diversity of cultured species and their trophic status would be implemented. Methods and studies that would be conducted to operationalize sustainable pond rehabilitation are briefly discussed.


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