Projet de recherche S0/00/001 (Action de recherche S0)
Thème et contexte
Le projet s’inscrit dans le domaine de recherche « Végétation locale ».
Au cours des années antérieures, le suivi de la production agricole par télédétection a suscité une grande attention et fait l’objet d’un intérêt croissant des secteurs public et privé de l’agri-business. Alors que la discrimination du type de culture est devenue une application courante, la modélisation de la croissance des cultures est la plupart du temps confinée à des approches mono-capteur. A coté des données optiques utilisées depuis longtemps dans ce domaine, des modèles de rétrodiffusion radar ont démontré la possibilité d’inverser le signal radar sur divers paramètres biophysiques tels que, la biomasse, l’indice de surface foliaire (LAI), la hauteur et le taux de couverture des plantes.
De bons résultats ont été obtenus pour les céréales, le maïs et la betterave sucrière et des progrès significatifs sont attendus avec l’utilisation de données SAR (Synthetic Aperture Radar) polarimétriques et avec des données à très haute résolution temporelle (Wide Swath ASAR). Par ailleurs, la télédétection de la teneur en eau des sols offre une nouvelle opportunité d’améliorer les modèles de rendement des cultures par une meilleure estimation de la variabilité temporelle et spatiale de la distribution en eau dans la zone racinaire.
Étant donné que le développement des cultures est très dépendant de la disponibilité en eau dans les couches superficielles du sol d’une part, et que l’information sur l’humidité du sol permet d’améliorer la télédétection des cultures d’autre part, un effort conjoint d’équipes spécialisées en hydrologie et en agronomie est susceptible d’améliorer significativement la précision des méthodes actuelles. Enfin, le principal problème dans l’utilisation opérationnelle des modèles de croissance des cultures est la résolution temporelle des données de télédétection à haute résolution spatiale. La synergie entre le pouvoir de discrimination des capteurs optiques et la fréquence élevée d’observation SAR permet de développer une nouvelle approche concernant différentes échelles spatiales et temporelles tant pour les aspects hydrologiques qu’au niveau du suivi des cultures.
Objectifs
L’objectif général de la recherche est de développer un modèle régional de croissance des cultures fréquemment mis à jour par des données de télédétection et intégrant un module hydrologique spatiallement distribué. Le défi scientifique à relever est double. D’une part, l'assimilation de différents types de données acquises à différentes échelles à partir des diverses sources dans un modèle régional de croissance de la végétation doit être élaborée. D’autre part, il s’agit de développer des méthodes d’estimations conjointes de paramètres hydrologiques et agronomiques à partir des capteurs optiques et Synthetic Aperture Radar (SAR). Les modèles hydrologique et de croissance seront développés et validés sur base de deux sites expérimentaux. La robustesse des algorithmes proposés sera systématiquement évaluée par validation croisée puisque les deux sites sont caractérisés par des conditions pédologiques et topographiques très différentes.
De manière plus détaillée, les six objectifs spécifiques de la démarche sont définis comme suit :
Le premier objectif est de caractériser la rugosité du sol et son évolution temporelle afin d'améliorer de manière significative l'extraction des variables biophysiques à partir des données SAR.
Le deuxième objectif est l'estimation de l'humidité du sol aux niveaux parcellaire et régional à partir des données radar à polarisations multiples. Cette humidité du sol sera estimée pour les sols nus et pour les sols avec un couvert végétal.
Le troisième objectif consiste en une délimitation automatisée des parcelles et la caractérisation de la variabilité intraparcellaire à partir des images hyperspectrales.
Le quatrième objectif est la détermination des paramètres des cultures à l'échelle de la parcelle et à l'échelle régionale en combinant les données SAR et optiques.
Le cinquième objectif est d'implémenter différentes techniques d'assimilation de données dans des modèles hydrologiques et de croissance des plantes. Ces techniques devraient prendre en compte les qualités différentes de l'information dérivée des données de télédétection.
Le sixième objectif est le développement d'un modèle régional de croissance des cultures incorporant de façon explicite les mécanismes de feed-back entre la quantité d'eau dans la zone racinaire et la croissance de la culture.
Enfin, une attention particulière sera également réservée à l'assimilation de l'information à faible résolution spatiale fournie tous les 3 à 5 jours par le WS ASAR ou des données de faible à moyenne résolution fournies par les capteurs optiques tels que VEGETATION, MERIS ou MODIS.
