1-1-2 : Panorama de l'utilisation

Chapitre 1

Panorama de l'utilisation de la télédétection et de COPERNICUS pour l'agriculture

Les données spatiales pour l'agriculture

Objectif :

• Présenter les besoins du secteur de l'agriculture en données satellitaires.
• Appréhender les constellations Sentinel-1 et Sentinel-2.

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Credit: European Union, Copernicus Sentinel-2 imagery

L'agriculture

Pour illustrer l’importance de la haute fréquence d’observation pour suivre le développement des cultures, voici une animation qui montre pour un pixel donné (image de gauche) l’évolution temporelle du NDVI (Normalized Difference Vegetation Index, ou Indice de Végétation par Différence Normalisée) au cours d’une année.

Information spatiale : les contraintes techniques

Sur le graphique ci-dessous, nous constatons un lien fort entre résolution spatiale et fréquence d'acquisition.

Ainsi, les images à faible résolution spatiale sont acquises quotidiennement (image en bas a droite) et les images à très haute résolution spatiale ont une fréquence plus rare, tous les ans, voire moins (image en haut à gauche). Ajoutons à ce graphique une zone grise correspondant au cahier des charges pour les applications en agriculture : une résolution décamétrique voire moins et une fréquence d’acquisition inférieure à 10 jours.

Information spatiale pour l'agriculture : la révolution Sentinel

On constate alors que les constellations Sentinel-1 pour le radar et Sentinel-2 pour l’optique, répondent bien aux

besoins pour le développement des applications en agriculture. Le satellite Sentinel-2 du programme COPERNICUS constitue une véritable résolution dans le domaine de l’observation terrestre, avec :

• Des observations tous les 5 jours avec 3 satellites.
• Un imageur à 13 bandes
• Une résolution spatiale de 10 m pour les bandes visible et proche infrarouge.
• Les images accessibles de l’ensemble du globe en temps quasi-réel, et gratuites...

Sentinel-2

Sentinel-1

+ d'infos sur la constellation Sentinel-2

Sentinel-3: une "reprise de flambeau"

Conçue comme la succession des systèmes SPOT-VGT et ENVISAT-MERIS, la constellation Copernicus Sentinel-3 offre des données multisources de plus haute résolution pour la surveillance environnementale. Depuis 2016, ces satellites offrent une revisite quotidienne de l’ensemble du globe à 300m de résolution, et sont particulièrement bien adaptés pour le suivi global des surfaces agricoles, notamment pour tout ce qui touche à la sécurité alimentaire (par exemple les système d’alerte précoce, les assurances agricoles….). Par ailleurs, Sentinel-3 prolonge et affine les observations de MODIS avec une meilleure résolution spatiale et une calibration radiométrique plus précise, tout en assurant une continuité temporelle essentielle pour les séries d’observations à long terme.Les deux systèmes sont souvent utilisés ensemble pour la calibration croisée et la validation des produits (NDVI, température de surface, chlorophylle, etc.).

Credit: European Union, Copernicus Sentinel-3 imagery

Les multiples domaines d’application de la télédétection

Échelle globale Pour comprendre les grandes tendances agricoles et environnementales à l’échelle planétaire.

• Suivi de la production agricole mondiale et de la sécurité alimentaire.
• Observation des impacts du changement climatique sur les écosystèmes et la productivité.
• Suivi des zones arides, de la déforestation et de la conversion des terres agricoles.
• Contribution aux modèles globaux (FAO-GIEWS, GEOGLAM, etc.).

D'une part, les images satellitaires permettent de construire deux types de produits dérivés :

• Des indices biophysiques (NDVI, biomasse, humidité du sol, etc)
• Des cartes d’occupation des sols.

Échelle nationale / régionale Pour produire des indicateurs agricoles, appuyer la planification et la politique publique.

• Cartographie et suivi des cultures (types de cultures, surfaces, rotations).
• Élaboration de statistiques agricoles et de zonages agroclimatiques.
• Suivi des ressources naturelles (eau, sols, couvert végétal).
• Surveillance des risques agricoles : sécheresse, inondations, feux, maladies.
• Aide à la gestion des politiques agricoles (PAC, subventions, contrôle des pratiques).

D'autre part, leurs applications est fonction de l'échelle :

Échelle locale / parcellaire Pour aider les agriculteurs et les conseillers à gérer et optimiser la production.

• Agriculture de précision : gestion différenciée de la fertilisation, de l’irrigation et des traitements.

• Suivi du développement des cultures (biomasse, stress hydrique, croissance).
• Estimation du rendement et détection des anomalies intra-parcellaires.
• Appui à l’aménagement du territoire rural et à la cartographie du foncier.
• Assurances agricoles : estimation des pertes après sinistre.

La qualité des services

Les domaines d’application sont donc nombreux, et la qualité des services associés va dépendre d’une part de la qualité des produits de base (soit les séries temporelles de variables et/ou les cartes occupation des sols), et d’autre part de l’adéquation entre les produits développés (en termes de résolution, de fréquence de mise à jour et de nomenclature) et les besoins des utilisateurs finaux que nous avions identifiés en début de séquence. Concernant la qualité des produits de base, des données annexes sont indispensables pour l’apprentissage et la validation des produits, et l’expertise locale est nécessaire pour prendre en compte les spécificités en termes d’environnement et de pratiques dans le traitement des données spatiales.

Chapitre 1 : Panorama de l'utilisation de la télédétection et de Copernicus pour l'agriculture

Ce chapitre comporte 3 séquences :

1. L'agriculture de précision

3. La sécurité alimentaire

Chapitre 2 Images Sentinel 1 : caractéristiques, téléchargement et prétraitements

2. La cartographie de l’usage agricole des sols