Agriculture

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14 mai 2022 | Atelier Les utilisations de la télédétection pour les zones irriguées

Programme & présentations

Enjeux sociétaux et questions de recherche

Selon le dernier exercice de projection mondiale à 2050 de l’Organisation pour l’alimentation et l’agriculture (FAO), la population mondiale va croître considérablement dans les prochaines décennies. Pour y répondre, la production agricole mondiale devra augmenter d’environ 70 % d’ici 2050,par rapport au niveau de production de 2005 (FAO, 2011). Environ 80 % de cette augmentation devra provenir de l’accroissement des rendements et de l’intensification agricole, telle que l’augmentation des cycles culturaux par année et/ou le raccourcissement des périodes de jachère.

Champs cultivés au Mali [Vintrou, 2010]

Ces évolutions doivent faire face au changement climatique (caractérisé par la variabilité des précipitations et un nombre croissant d’événements extrêmes) et à ses conséquences (évolution des distributions de plantes et les maladies à transmission vectorielle, et variabilité accrue du rendement des cultures), à la concurrence pour les terres (concurrence accrue entre l’alimentation et la production de bioénergie), et aux pressions environnementales qui leur sont associées (e.g., surexploitation des ressources en eau du sol, dégradation de la qualité de l’eau, et dégradation des sols). En conséquence, en plus de la nécessité d’augmenter la production agricole, l’agriculture aura pour défi majeur l’amélioration de la gestion des ressources naturelles, en particulier par l’adoption de pratiques plus respectueuses de l’environnement, telles que l’intensification écologique ou l’agriculture de conservation.

Dans ce contexte, il existe un large panel d’applications de la télédétection pour l’agriculture :

  • le suivi des cultures à l’échelle régionale et mondiale, pour les marchés ;
  • le suivi des cultures dans les pays à risque, pour la sécurité alimentaire ;
  • la cartographie de l’occupation et de l’utilisation des sols, et de leur dynamique, pour les politiques publiques et les questions environnementales ;
  • l’estimation des variables biophysiques pour l’agriculture de précision, le phénotypage, et les bilans du carbone et de l’eau ;
  • la cartographie des pratiques agricoles et des systèmes de culture, pour la modélisation des cultures et les questions environnementales.

Chaque domaine d’application soulève un nombre de questions de recherche :

  • Cartographie du domaine cultivé, des groupes de culture (e.g., culture d’hiver ou d’été), des espèces cultivées : En raison de la variabilité des pratiques agricoles et des conditions de croissance, mais surtout en raison de calendriers culturaux synchrones, la cartographie des espèces cultivées est encore un champ de recherche en particulier dans les régions du monde où les champs sont petits et les cultures hétérogènes (cultures mixtes, hétérogénéité intra-parcellaire). De nouvelles méthodes telles que l’approche orientée-objet, ou l’utilisation de données multi-temporelle et multi-source sont explorées pour améliorer la cartographie des cultures. Enfin, l’intégration de statistiques agricoles est aussi un axe de recherche pour l’estimation des surfaces cultivées par télédétection.
  • Le suivi des cultures : aux échelles régionales et globales, le suivi des cultures est essentiellement  basé sur l’analyse de séries temporelles de l’indice de végétation normalisé (NDVI) qui permet de détecter des anomalies de croissance. Actuellement, le projet GEOGLAM fournit des cartes plus informatives avec des cartes sur la phénologie des cultures, les conditions de croissance par région et les facteurs climatiques associés pour les quatre principales cultures commerciales mondiales (blé, maïs, riz et le soja). Cependant, il est attendu un effort important de recherche pour le suivi de culture dans les pays à risque.
  • Estimation des rendements : A ce jour, il n’existe pas de système d’estimation de rendement opérationnel par télédétection appliqué à fine échelle. A l’échelle européenne, il y a des approches développées dans le centre européen d’ISPRA qui permettent de gérer les stocks des grandes cultures par des prévisions faites à larges échelles en utilisant des données de télédétection basse résolution et des modèles de cultures (voir pour plus de détail http://mars.jrc.ec.europa.eu/mars/About-us/AGRI4CAST ou encore https://ec.europa.eu/jrc/en/research-topic/crop-yield-forecasting). A l’échelle régionale, il y a  un  manque qui est largement expliqué par le déficit de séries temporelles d’images à résolution décamétrique. Différentes pistes de recherche seront à revoir à la lumière des futures données Sentinel-2, telles que l’utilisation de relations empiriques avec des données de terrain ou des données statistiques, le modèle simplifié de Monteith, ou le couplage avec des modèles de plante.
  • Estimation des variables bio-physiques de surface : e.g. LAI (Leaf Area Index, NPP (Net Primary Production, fAPAR ( fraction de rayonnement solaire absorbée par les plantes), contenu en Azote, contenu en chlorophylle et en eau des plantes.  
  • Estimation de variables environnementales : e.g. type de sol, humidité du sol …
  • Systèmes de culture et de pratiques agricoles : la cartographie par télédétection de l’organisation des parcelles dans l’espace (taille des parcelles et diversité des espèces cultivées) et les pratiques agricoles (e.g., détermination de la date de semis, des principaux apports en fertilisants ou en eau, et du nombre de cycles culturaux par an,) sont des champs de recherche en développement

Quelques produits Theia sur l’agriculture

  • Tarn-et-Garonne | Carte d'occupation des sols 2018 avec ses 23 classes.

Produits et services associés

Données satellitaires

Altimétrie radar

ERS-2 est une mission d’altimétrie spatiale, en orbite de 1995 à 2010, et ayant fourni des données altimétriques jusqu’en 2011.

Produits

Carte d’irrigation en Catalogne

Une carte de l’irrigation de la Catalogne pour l’année 2018

Produits

Carte d’occupation des sols de la France métropolitaine

Des cartes à échelle nationale avec nomenclature à 17 classes (2016,17) et 23 classes (2018), résolution spatiale entre 10 m (raster) et 20 m (vecteur), fréquence de mise à jour annuelle.

Produits

Carte d’occupation des sols de La Réunion

Une cartographie automatisée des sols de l’île de la Réunion, en 11 classes.

Produits

Carte des cultures irriguées du Sud-Ouest

Cartographie des cultures irriguées de 2015 dans le Sud-Ouest de la France, produite à partir de 13 images LANDSAT8 de niveau 2A.

Carte du réservoir en eau utile des sols de France métropolitaine

Une cartographie du réservoir en eau utile (RU) du sol en France métropolitaine.

Produits

Cartes des cultures irriguées Adour et Tarn

Les cartes des cultures 2017 (des bassins versants de l’Adour (amont) et du Tarn (aval) à partir de 15 images Sentinel-2 Theia.

Cartes des fractions granulométriques des sols et de la teneur en éléments grossiers pour la France métropolitaine

des cartes des fractions granulométriques des sols (argile, limons, sables) et de la teneur en éléments grossiers pour la France métropolitaine et certaines régions.

Cartographie des surfaces gelées en milieux agricoles

Un nouveau produit Theia propose une cartographie des surfaces agricoles gelées à partir d’images radar Sentinel-1. Le produit de démonstration est disponible pour 6 tuiles de l’Est de la France.

FAPAR – Projet POLDER

Les données FAPAR développées dans le cadre du projet Polder

Carte globale de l’humidité en zone racinaire issue du produit CATDS L4 RZSM du 30/07/2019

Produits

Humidité dans la zone racinaire

Le produit d’humidité dans la zone racinaire (1 m de profondeur) fournit à l’échelle globale des données à 25 km de résolution élaborées à partir du satellite Smos.

Produits

Humidité du sol

Les paramètres d’humidité du sol de l’IPF sont disponibles sur la période 1992-2000.

Produits

Humidité du sol à 25 km de résolution

Le produit d’humidité superficielle des sols fournit à l’échelle mondiale des données en valeur absolue à 25 km de résolution. Ces données sont acquises à une fréquence journalière, hebdomadaire et mensuelle. La période couverte a débuté en 2002 et se poursuit jusqu’à présent.

Produits

Humidité du sol à très haute résolution spatiale

Des cartes d’humidité du sol à forte répétitivité temporelle à l’échelle sub-parcellaire sur de nombreux sites en France, en Europe et autour du bassin méditerranéen.

Occupation des sols de 3 bassins versants (Haïti)

Accès à la donnée Présentation Dans le cadre du projet Territoires Productifs Résilients (TPR), en Haïti, l’UMR TETIS du Cirad a produit des cartes d’occupation du sol à l’aide des […]

Données satellitaires

Radar (CSM – TSX)

Des images radar très haute résolution spatiale, en bande X des capteurs TerraSAR-X et Cosmo-SkyMed (longueur d’onde d’environ 3 cm), acquises dans le cadre de l’Equipex GEOSUD.

Données satellitaires

RapidEye, Spot 1-5

Les produits RapidEye ont été utilisés pour la couverture nationale de 2010 et 2011.

Tahiti. Landsat-8 20 mai 2020

Produits

Réflectance de surface Landsat

Des données à 30 mètres de résolution depuis 30 ans, sur toutes les surfaces terrestres avec une répétitivité de 16 jours.

Produits

Réflectance de surface Sentinel-2

Données de niveau 2A et 3A, corrigées des effets atmosphériques grâce au logiciel Maja, développées conjointement par le Cnes/Cesbio et le DLR.

Produits

Réflectance de surface Spot 5 (Take 5)

Données Spot-5 acquises entre le 2 avril et le 15 septembre 2015, sur 150 sites, tous les 5 jours.

Produits

Réflectance de surface Venus

Theia diffuse des données Venus traitées en réflectance TOC et de surface sur 110 sites scientifiques avec une résolution de 5 m.

FCover GEOV2, juillet 2019

Série de variables végétales (GEOV2-AVHRR)

Une série temporelle de variables végétales (indice foliaire, fraction de PAR absorbé, couverture végétale) depuis 1981, à partir de données de l’instrument AVHRR porté par différentes plateformes NOAA.

Produits

Spot 4 (Take 5)

Données Spot 4 acquises entre le 29 janvier et la fin juin 2013 couvrant 42 sites tous les 5 jours.

Données satellitaires

Spot 6/7

La station de réception directe Geosud permet la programmation des acquisitions, la réception de la télémesure ainsi que la production directe de produits Spot 6/7.

Données satellitaires

Spot World Heritage

Produits orthorectifiés issus d’images multispectrales de la famille des satellites Spot 1-5 de plus de 5 ans d’âge.

Produits

Unités paysagères à l’échelle nationale

Délimiter des Unités paysagères reposant sur des données d’observation de la Terre pour contribuer à une gestion des territoires fondée sur le paysage.

Produits

Variables végétales (Postel)

Toutes les données végétations produites dans le cadre du projet Postel

CES concernés

Centre d’expertise scientifique

CES Albédo

Proposer un outil de mesure des albédos de surface adapté aux enjeux agricoles, forestiers, urbains et climatiques

Centre d’expertise scientifique

CES Biomasse forestière et changement de couverture forestière

Cartographier la biomasse aérienne des forêts ainsi que les changements de la couverture forestière

Centre d’expertise scientifique

CES Cartographie numérique des sols

Cartographier les propriétés pérennes des sols à destination des scientifiques et des acteurs des politiques publiques

Centre d’expertise scientifique

CES Détection des surfaces gelées

Détecter et cartographier les sols gelés en milieux agricoles.

Centre d’expertise scientifique

CES Épaisseur Optique de la Végétation

Développer une mesure globale de la couverture végétale

Centre d’expertise scientifique

CES Évapotranspiration

Cartographier l’évapotranspiration, notamment sur les surfaces agricoles .

Centre d’expertise scientifique

CES Humidité de surfaces

Estimer l’humidité superficielle des sols sur le monde entier, 2 fois tous les 3 jours.

Centre d’expertise scientifique

CES Humidité du sol à très haute résolution spatiale

Cartographier l’état hydrique du sol à l’échelle de la parcelle pour répondre aux besoins des scientifiques et des politiques publiques.

Centre d’expertise scientifique

CES Irrigation

Cartographier les surfaces irriguées / non-irriguées à haute résolution spatiale à destination des chambres régionale d’agriculture, des agences de l’eau et des gestionnaire des bassins versants.

Centre d’expertise scientifique

CES Occupation des sols

Définir et de développer des algorithmes automatiques de production de cartes d’occupation des sols à partir d’imagerie satellitaire

Centre d’expertise scientifique

CES Paysage

Comprendre les dynamiques paysagères pour une gestion et un aménagement des territoires efficaces et durables, notamment pour atteindre les objectifs de conservation de la biodiversité.

Centre d’expertise scientifique

CES Réflectance de surface

Développer des outils de correction atmosphérique de niveau L2 et L3 des images Sentinel-2, Landsat-8 et Venµs.

Centre d’expertise scientifique

CES Risques maladies infectieuses

Cartographier le risque de transmission de différentes maladies infectieuses à partir de données d’Observation de la Terre.

Centre d’expertise scientifique

CES Sécheresse

Développer des indicateurs de mesure de l’aléa et du risque sécheresse

Centre d’expertise scientifique

CES Température de surface et émissivité

Améliorer l’estimation et la cartographie de la température et de l’émissivité de surface.

Mosaïque de paysages agricoles

Centre d’expertise scientifique

CES Variables biophysiques végétation

Cartographier les variables biophysiques de la végétation à l’échelle mondiale.

Centre d’expertise scientifique

CES Variables pour la biodiversité

Améliorer la cartographie et le suivi d’indicateurs de biodiversité

Actualités Theia sur l’agriculture

Emplois

Humidité, irrigation | IE ou IR informatique et traitement d’images

Un CDD de 12 mois en lien avec les CES Humidité THRS et Irrigation.

Actualités

Les défis de Theia pour les cinq ans qui viennent

Anne Puissant, nouvelle directrice scientifique de Theia, esquisse les principaux défis que Theia va devoir relever dans les années qui viennent et ses axes de réponses.

Agenda

Theia au Living Planet 2022

Partez à Bonn avec le programme de Theia pour le Living Planet en poche !

Bulletin Theia

Cartographie numérique des sols : des ressources pédagogiques et des cartes de propriété

Le CES Cartographie Numérique des Sols offre des ressources pédagogiques et des cartes de propriété.

Applications

  • TOSCA Systcult (V. Lebourgeois, CIRAD TETIS)
    L’objectif de ce projet est de préparer la future mission satellitaire SENTINEL-2 en développant des produits cartographiques pour les systèmes de sécurité alimentaire dans les pays à risque. Ce travail s’appuie sur des missions satellitaires existantes (SPOT & PLEIADES) et propose d’explorer de nouvelles pistes méthodologiques en traitement et analyse de données de télédétection multi-sources permettant (i) la cartographie de différents systèmes de cultures, et (ii) une meilleure estimation de la production agricole. Il est réalisé sur une zone d’étude située dans les Hautes Terres malgaches, près d’Antsirabé.
  • TOSCA DynAfrique (A. Bégué, CIRAD TETIS)
    L’objectif de ce travail est (i) de caractériser par télédétection la dynamique de la production agricole en Afrique de l’Ouest par l’analyse des bassins d’iso-tendance d’indices de végétation (NDVI) et les statistiques agricoles nationales, et (ii) de donner des pistes d’explication de cette dynamique par l’analyse des variations climatiques, des changements d’occupation du sol et des pratiques agricoles.
  • TOSCA TRECS (V. Soti, CIRAD AIDA)
  • TOSCA CALVADOVS : Centre d’ALgorithmie et de Validation pour les Données VENμS et Sentinelle 2. (Hagolle O, CESBIO, co-proposants : CNRM Toulouse, UMR EMMAH Avignon) 2014-2015. Les objectifs sont de rendre certaines méthodes (de correction atmosphériques et détection des nuages, de classification d’occupation des sols, d’estimation des besoins en eau et de rendements) plus opérationnelles en se basant sur : – des codes informatiques testés, validés et documentés, – de rendre ces outils disponibles en open source, pour la communauté scientifique, – de tester l’applicabilité et la robustesse de ces méthodes sur différents sites  – et de définir et normaliser les protocoles de mesure et de validation
  • TOSCA  EVA2-IRT : EVAluation des produits EVApotranspiration issus de l’Infra Rouge Thermique (Boulet G, CESBIO Toulouse, Olioso A, UMR EMMAH Avignon, JP Lagouarde, ISPA Bordeaux) Projet qui s’inscrit dans le cadre de la préparation d’une future mission spatiale dans l’infrarouge thermique (IRT) à la suite du projet MISTIGRI, et de la validation des produits EvapoTranspiration Réelle (ETR) issus des données IRT à Haute (HR : MISTIGRI, ASTER, Landsat…) et Basse (BR : Sentinelle 3, MODIS, MSG…) Résolutions
  • FP7 SIGMA (A. Bégué, CIRAD TETIS)
    Le projet européen SIGMA (Stimulating Innovation for Global Monitoring of Agriculture ; http://www.geoglam-sigma.info) est un projet de recherche en appui à GEOGLAM (GEO GLobal Agriculture Monitoring). La participation du CIRAD dans ce projet porte sur l’utilisation des données de télédétection pour cartographier les systèmes agricoles à l’échelle régionale, et pour spatialiser le modèle de culture de céréales pluviales SARRA-H en Afrique de l’Ouest.
  • FP7 SIRRMED 2011-2014 Projet qui visait à développer des méthodes pour mieux gérer l’irrigation à l’échelle régionale sur le pourtour méditerranéen Participation UMR EMMAH INRA Avignon A Olioso coordination d’un WP sur le Développement d’outils opérationnels :  – BV-net :pour estimer les variables biophysiques (LAI, fAPAR, fCover à partir de réseaux de neurones et de modèles radiatifs, et EVASPA : estimation de l’évapotranspiration à partir de l’utilisation de l’infrarouge thermique.
  • Agroforesterie (C. Lelong, CIRAD TETIS)
  • JECAM (CIRAD) Le CIRAD participe au réseau JECAM (http://www.jecam.org/) de sites de référence pour le développement de méthodes pour des applications dans le milieu de l’agriculture. Le CIRAD est porteur ou participe à 6 sites : Burkina-Faso (céréales pluviales), Madagascar (riziculture d’altitude), Kenya (agroforesterie), Sénégal (céréales sèches), Brésil Sao-Paulo (Eucalyptus), Brésil-Tocantins (intégration élevage-agriculture-forêt). Le site JECAM de Madagascar (région d’Antisirabé) a été sélectionné comme site test du projet ESA Sentinel2-Agri.
  • Projets « AïCHA » : Adaptation de l’agriculture irriguée au changement climatique en Inde. (INRA SAS, COSTEL Rennes, UMR EMMAH Avignon, AGIR Toulouse, IISC Bangalore,  Inde, et al)(Coord: L Ruiz, Alban Thomas) 2012-2015 projet financé par le CEFIPRA 2012-2015 (coord  Sekhar Muddu, IISc Civil Engineering  Bangalore et L. Ruiz, INRA-SAS Rennes) ; projet financé par l’ INRA ACCAF 2012-2014 (coord Alban Thomas, INRA-LERNA Toulouse).  Le projet vise un modèle intégré (agronomie, hydrologie, économie) associé à des scénarios d’évolution des systèmes de culture, pour évaluer les performances de politiques de gestion de l’eau au niveau de l’exploitation agricole et d’un bassin versant d’un site expérimental en Inde. Méthodologie combinant télédétection, enquêtes de terrain et modélisation inverse afin d’inférer la distribution spatiale des paramètres biophysiques et les déterminants socio-économiques du choix des systèmes de culture. Un modèle de décision de l’agriculteur sera développé afin d’évaluer l’adaptabilité des systèmes de culture au changement climatique et à celui du contexte (voir https://inra-dam-front-resources-cdn.brainsonic.com/ressources/afile/262574-6651e-resource-poster-aicha.htmléconomique).
    Postdoc Sreelash Krishnan Kutty, (de l’IISc Bangalore, Inde) : 02/2014-01/2016 Spatial Estimates of soil hydraulic properties at a catchment scale using satellite data and inversion of a crop model » en poste actuellement à l’UMR EMMAH Avignon 
  • ANR RUEdes Sols 2015-2018 (Coord:I Cousin INRA Orléans, participants,UMR EMMAH Avignon, CESBIO , AGIR INRA Toulouse, ARVALIS , CETIOM et al)  Estimation de la réserve en eau des sols par mesures directes et inversion de modèles de cultures à l’échelle de la parcelle agricole et du territoire et utilisation de la télédétection dans les modèles de culture (assimilation de données)
  • Projet ScenaRice (financé par Agropolis) (Coord JM Barbier, UMR innovation Montpellier,et S Bocchi, UNIMIT Univ Milan,  Participants : UMR EMMAH (F Ruget, D Courault), IREA remote Sensing department Milan Italie, Africa Rice Center Bénin, CIRAD Madagascar 2012-2015 Evaluation intégrée des systèmes de production durable de riz. Exploration des futurs plausibles, probables et possibles pour les systèmes de production de riz durable. (un Wp comprend l’utilisation de modèles de cultures et de données de télédétection (M Boschetti).

Phénotypage

  • PHENOMENA (B de Solan, UMT CAPTE UMR EMMAH Avignon) 2014-2016 Ce projet a pour objectif de combiner un modèle croissance des cultures 4D avec un modèle de fonctionnement afin d’améliorer le phénotypage à haut débit du champ par le biais de capteurs de proxidétection. Ce travail s’appuiera sur deux modèles existants : le modèle de fonctionnement SIRIUS et le modèle de développement de l’architecture du blé ADEL. La mise en œuvre passera par la plateforme OpenAlea, dédiée à la modélisation structurelle et fonctionnelle des plantes.

Thèses

Thèses sur les pays à risques

Thèses sur l’estimation des rendements

Thèses sur l’agriculture de précision

Thèses sur les variables bio-physiques / phénotypage

Thèses sur les pratiques culturales / systèmes agricoles

Suivi par télédétection radar de l’irrigation sur 3 parcelles (6k, 6i, b1) du Domaine du Merle près de Salon de Provence.

Suivi par télédétection radar de l’irrigation sur 3 parcelles (6k, 6i, b1) du Domaine du Merle près de Salon de Provence. L’imagerie radar permet d’identifier les zones d’eau libre à la surface des parcelles (zones délimitées par un contour rouge sur la figure) : la parcelle 6k représente la lame d’eau en cours de progression, la parcelle b1 est entièrement submergée, sur la parcelle 6i les zones dépressionnaires recouvertes d’eau après l’irrigation sont visibles. (El Hajj et al, 2014)

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