Le CES Détection des surfaces gelées réunit des chercheurs du laboratoire TETIS pour développer une cartographie automatisée des surfaces gelées en milieux agricoles. Le produit, développé grâce à un financement du CNES (TOSCA) et de l’INRAE, s’appuie sur la disponibilité de données radar Sentinel-1 et le développement d’un algorithme utilisant un filtre de température.

Les nouveaux radars à Synthèse d’Ouverture de l’agence spatiale européenne, Sentinel-1, fournissent des images gratuites à très haute résolution spatiale (10 m x 10 m) et une résolution temporelle de 6 jours. Des études récentes ont montré le potentiel de la constellation des deux satellites Sentinel-1 (S1) en bande C (1A et 1B) à cartographier les sols agricoles gelés (Baghdadi et al., 2018 ; Fayad et al., 2020). En effet, dans des conditions de gel, la constante diélectrique du sol chute. Cette diminution est due à un faible taux d’humidité qui entraine une diminution du signal radar (une partie de l’eau dans le sol est transformée en cristaux de glace). Une étude réalisée par Baghdadi et al. (2018), qui utilise des données simulées par l’intermédiaire d’un modèle de rétrodiffusion, a bien montré cette décroissance du signal radar au fur et à mesure que le sol gèle. Afin de détecter la diminution du signal radar, un algorithme a été développé par Fayad et al. (2020). Cet algorithme représente une extension de l’algorithme développé par Baghdadi et al. (2018) dans lequel il utilise la méthode de seuillage (thresholding algorithm) sur les images S1 pour cartographier les sols gelés/non gelés.

L’algorithme de détection fait appel à un filtre de température. Seules les images acquises avec une température de l’air inférieure à 3 ⁰C sont prises en compte dans le traitement des données. La température utilisée correspond aux données de températures ‘ERA5-LAND’ associées à chaque date S1 (https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/reanalysis-era5-land?tab=overview). Les données ERA5-LAND sont disponibles avec une résolution spatiale de 9 km et un intervalle de temps d’une heure. Elles sont produites en temps quasi-réel avec des mises à jour mensuelles. De plus, des données de température téléchargées à partir du site METEO-CIEL (http://www.meteociel.fr/) sur quelques stations météo disponibles près des grandes villes ont permis de valider la qualité des données ERA5-LAND.

Figure 1. Température (a), carte de gel (b), et type de couverture terrestre (c) sur la tuile T32ULU pour l’image S1 du 30 décembre 2019 matin (vers 6h).

La cartographie des surfaces gelées est réalisée à l’échelle de la parcelle sur de nombreuses tuiles Sentinel-2, principalement dans la région Grand-Est (Figure 2).

Figure 2. Localisation des six tuiles Sentinel-2 (S2) sur lesquelles la cartographie des sols gelés est réalisée.

Calendrier

  • 2020-2021 Développement de l’algorithme, financé par l’INRAE et le CNES (Tosca 2020-2021)
  • 2021 Production et distribution du produit « Cartographie des surfaces gelées en milieux agricoles »

Contact

Nicolas Baghdadi
INRAE | Tetis
ResearchGate
Contributions

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Résumé de l’étude Cartographie des sols gelées en milieux agricolesTélécharger

Références

  1. Baghdadi N., Bazzi H., El Hajj M., Zribi M., 2018. Detection of frozen soil using Sentinel-1 SAR data. Remote Sensing, 10, 1182, pp. 1-15, doi:10.3390/rs10081182
  2. Fayad I., Baghdadi N., Bazzi H., Zribi M., 2020. Near Real-Time Freeze Detection Over Agricultural Plots Using Sentinel-1 Data, Remote Sensing, 2020, 12, 1976; doi:10.3390/rs12121976