Irriga-Detection

Détection et caractérisation des cultures irriguées à partir d’une série d’images radar et optique à haute résolution spatiale et temporelle : Application au site expérimental du Berambadi en Inde.

Laboratoires/Partenaire

LETG Rennes, Telecom Bretagne, IETR Rennes, CESBIO, INRA SAS, ICWR Bengalore, DTIM ONERA

Financeur du programme

programme national
CNES - TOSCA

Résumé

Ce projet s’inscrit dans le contexte scientifique général de l’étude des changements d’occupation et d’usage des sols par télédétection satellitaire. Au plan national, il s’insère ainsi dans le cadre des activités du Pôle Thématique Surfaces Continentales THEIA  et au niveau régional dans le cadre du GIS BRETEL (Bretagne Télédétection) qui est un CES (Centre d’Expertise Scientifique) régional pour THEIA. Sur le plan international, ce projet s’intègre dans le champ disciplinaire du « Land Use Science » (Turner et al., 2007) et focalise plus particulièrement sur deux grands thèmes de recherche  : (1) l’observation et le suivi des changements d’occupation et d’usage des sols par télédétection, (2) l’étude de leurs impacts sur l’environnement dans un contexte de changement global (climatique, économique…).

 

Le projet Irriga-Detection est centré sur l’étude des territoires irrigués, présentant de forts enjeux environnementaux (dégradation de la ressource en eau, érosion des sols…) et sociétales (incertitude économique, spéculation financière…). L’agriculture représente l’activité anthropique la plus utilisatrice d’eau douce, l’agriculture pluviale («l’eau verte» apportée par la pluie et contenue dans le sol)  mobilisant environ 5600 km3 et l’agriculture irriguée («l’eau bleue», provenant des cours d’eau et nappes souterraines)  2700 km3, soit 70% des eaux captées pour les divers usages (Benoit & Richard, 2012). La gestion de cette ressource représente ainsi un enjeu majeur pour la sécurité alimentaire mondiale dans un contexte de changement global qui pose de nombreux défis : comment assurer la sécurité alimentaire mondiale avec plus de 2 milliards d’habitants prévus en 2050 ? Comment répondre aux besoins en eau des pays émergents en forte croissance économique, industrielle et agricole (Inde, Chine, Brésil…)?

 

En Inde, ces questions sont particulièrement d’actualité avec une agriculture qui capte 92% de la consommation d’eau du pays dont 39% (~ 250 km3/an) qui provient de l’eau souterraine, la plaçant ainsi en première position des pays parmi lesquels le niveau des nappes souterraines déclinent le plus rapidement (Fishmann et al., 2011). Le site d’étude de ce projet est localisé au sud de l’Inde, en contexte semi-aride, les enjeux environnementaux et sociétaux sont particulièrement forts (disponibilité de la ressource en eau, durabilité économique de l’agriculture irriguée…). Ce projet s’inscrit dans la continuité d’un programme de recherche Franco-Indien (AICHA-CEFIPRA, 2013-2016) qui visait à étudier les modalités d’adaptation de l’agriculture irriguée face au changement climatique sur un bassin versant bassin expérimental du Sud de l’Inde (Etat du Karnataka).

 

Si la télédétection est l’outil privilégié pour étudier les cultures irriguées (Velpuri et al., 2009), en contexte tropical, leur identification et leur suivi par télédétection demeure un défi scientifique majeur. En effet, la présence d’une couverture nuageuse importante durant la période de mousson limite l’usage des données satellitaires acquises dans le domaine optique et nécessite l’usage d’autres données telles que les images radar. Par ailleurs, en Inde, les paysages agricoles, très fragmentés, sont caractérisés par de petites parcelles agricoles. La variabilité spatiale et temporelle du « Land use » est également extrêmement importante, avec généralement plusieurs cultures annuelles se succédant sur la même parcelle, et des pratiques culturales variées (notamment différents types d’irrigation…), ce qui rend leur suivi complexe.

 

L’objectif général de ce projet est focalisé sur l’évaluation de séries temporelles d’images optiques et radar à haute résolution spatiale pour identifier et caractériser des cultures irriguées. Plus spécifiquement, il s’agira (1) de détecter les cultures irriguées, (2) de caractériser les types de cultures irriguées (3) de déterminer les successions culturales à une échelle intra-annuelle et à une échelle parcellaire. Pour ce faire, nous utiliserons les données issues des missions Sentinel-1 (S1) et Sentinel-2 (S2) qui offrent l’avantage de combiner une haute résolution spatiale (10-30 mètres) et une fréquence d’acquisition élevée  avec 1 image tous les 12 jours) pour S-1 et 1 image tous les 10 jours pour S-2. Ce jeu de données sera complété par l’usage de séries multi-dates de données à plus haute résolution spatiale de type SPOT 6/7 et/ou Venµs pour le domaine optique et de TerraSar-X, Radarsat-2 et RISAT-2 pour le domaine radar.

D’un point de vue méthodologique, le projet permettra de développer de nouvelles méthodes de fusion d’informations (radar et optique), d’adapter de nouvelles méthodes de classification basées sur la Théorie du Chaos pour identifier différents types de cultures en combinant des séries temporelles de données radar et optiques. Les informations spatialisées (cartographie des types de cultures irriguées, cartographie de leur phénologie..) seront produites à une échelle spatiale (parcelle) et temporelle (intra annuelle) encore inédite sur ces territoires agricoles. Elles seront intégrées dans un SIG et contribueront à alimenter des modèles agro-hydrologiques développés par les partenaires du projet pour une meilleure gestion de la ressource en eau. Ce projet contribuera également à renforcer les collaborations de recherche entre l’Inde (Institut Indien des Sciences de Bangalore, l’Agence Spatiale Indienne ISRO) et la France (IRD, CNRS et CNES).