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Accueil > Les numéros > DocSciences 6 : L’espace pour gérer la Terre

Le ciel au service de la Terre

La télédétection spatiale peut-elle aider à résoudre la crise alimentaire mondiale ? Désormais de nombreux pays s’équipent de satellites d’observation afin d’élaborer des programmes de développement et ainsi optimiser les productions agricoles.

L’agriculture irriguée contribue de manière significative à la sécurité alimentaire de nombreux pays. D’après l’Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO), l’irrigation concerne un peu moins de 20 % des terres cultivées et fournit 40 % de la production agricole mondiale. Afin de nourrir les 9 milliards d’êtres humains qui peupleront la planète à l’horizon 2050, il devient primordial d’optimiser la ressource en eau et d’améliorer les rendements agricoles.

POUR UNE MEILLEURE GESTION DES RESSOURCES HYDRIQUES

Grâce aux images à haute résolution prises par le satellite taïwanais Formosat 2 et avec le soutien du Centre national d’études spatiales (Cnes), une équipe de l’Institut de recherche pour le développement (IRD) a observé intensivement deux régions agricoles semiarides localisées au Maroc et au Mexique. À l’aide de cette nouvelle technique d’observation, les chercheurs ont suivi avec une grande précision la croissance de la végétation, l’évapotranspiration du couvert végétal et les rendements de cultures de céréales irriguées. Les résultats obtenus démontrent les nombreuses potentialités qu’offre l’imagerie satellite à haute résolution spatiale et temporelle. Ils devraient également, à terme, permettre une meilleure gestion des ressources hydriques et végétales de l’espace agricole.

Selon l’Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture 2 500 km3 d’eau douce sont destinés chaque année à la production agricole, soit 70 % de la ressource hydrique consommée en une année par l’humanité tout entière. Alors que la population mondiale continue de croître à un rythme soutenu, l’optimisation de l’usage des ressources en eau et l’accroissement de la production agricole sont une nécessité à l’horizon 2030.

OUTILS PERFORMANTS AU SERVICE DE L’IRRIGATION

Depuis plusieurs années, les scientifiques utilisent les observations satellites pour améliorer l’estimation du bilan hydrologique et des rendements agricoles à grande échelle (secteur agricole irrigué, bassin versant…). Pour cela, les scientifiques disposaient, jusqu’à une période récente, de deux moyens d’observation différents : des capteurs dits « grand champ » (Terra-Modis ou Spot- Végétation), qui permettent l’observation quotidienne de l’ensemble du globe mais à une résolution kilométrique, généralement bien supérieure à la taille d’une parcelle agricole, ou des capteurs à résolution spatiale décamétrique (Spot, Landsat, Aster) qui n’autorisent qu’une à deux observations par mois. Depuis 2004, le satellite taïwanais baptisé Formosat 2 cumule les avantages des deux modes d’observation sans autoriser toutefois une couverture exhaustive des continents. Il permet d’observer tous les jours de petites régions de 500 km2 environ à une résolution spatiale de l’ordre de 8 mètres.

DEUX RÉGIONS SOUS OBSERVATION

Les recherches menées au Centre d’études spatiales de la biosphère de Toulouse (Cesbio) par une équipe de l’IRD, à partir des images prises par Formosat 2, ont permis d’étudier deux régions agricoles où les exploitants font largement appel à l’irrigation : la plaine du Tensift située au centre du Maroc, autour de Marrakech, et la vallée de Yaqui dans l’État du Sonora au Nord-Ouest du Mexique. Sur ces deux territoires agricoles, des cultures irriguées de céréales, d’arbres fruitiers et de légumes sont pratiquées sur plusieurs milliers de kilomètres carrés à partir de ressources hydriques limitées, provenant majoritairement des précipitations qui s’abattent sur les montagnes environnantes : la chaîne du Haut- Atlas marocain pour la plaine du Tensift et la Sierra Madre occidentale pour la vallée de Yaqui. Or le climat y est aride : il tombe en moyenne 200 mm d’eau par an alors que la demande hydrique est sept fois plus élevée (évapotranspiration potentielle du couvert végétal de l’ordre de 1500 mm/an). Il est donc indispensable de répartir l’eau le plus équitablement possible, selon les besoins des différents types de cultures qui composent le paysage agricole.

L’IMAGERIE SPATIALE : UN ATOUT MAJEUR

Pour ces deux régions, les travaux menés par l’IRD ont démontré toutes les potentialités de la technique d’imagerie à haute résolution spatiale et temporelle. Avec la collaboration du Cnes, des séries d’images ont pu être acquises par le satellite Formosat 2, au rythme d’une prise de vue tous les cinq jours, de novembre à mai de l’année suivante, soit tout au long d’une même saison agricole. Dans un premier temps, l’exploitation de ces données satellitales a permis de restituer l’usage du sol (assolement et successions culturales) avec un excellent degré de discrimination des différents types de cultures. La disponibilité de nombreuses observations autorise également un suivi très précis du couvert végétal au fil du temps. Pour cela, les scientifiques mesurent l’évolution de la réflectance, soit la proportion de lumière réfléchie par la surface terrestre. À partir de ces mesures et des indices de végétation associés, il est possible de déterminer des variables décrivant l’état du système sol-plante telles que le taux de recouvrement du sol par la végétation ou l’indice de surface foliaire : un indice de végétation faible, inférieur à 0,15, correspond à un sol nu alors qu’un indice fort, supérieur à 0,70, caractérise une culture sur le point d’arriver à maturité. Cette description fine et quasicontinue du couvert végétal permet d’améliorer l’évaluation des rendements et la modélisation des transferts hydriques entre le sol, la végétation et l’atmosphère. Les études menées au Maroc sur les parcelles de blé ont en particulier montré que l’évapotranspiration du couvert végétal, principal facteur de déperdition d’eau, peut être évaluée avec une marge d’erreur comprise entre 10 et 20 %. Par ailleurs, les rendements en biomasse végétale et en grains peuvent être estimés avec une précision de l’ordre de 25 % à l’échelle de la parcelle. Enfin, cette technique d’observation rend possible le suivi des opérations (semis, labour, irrigation, récolte…) qui se succèdent tout au long d’une saison agricole. En mettant l’ensemble de ces informations à disposition des centres locaux chargés de la gestion agroenvironnementale, il est donc envisageable de réorienter très rapidement l’irrigation vers les parcelles qui en ont le plus besoin mais aussi d’affiner les conseils prodigués aux agriculteurs et leur permettre ainsi d’améliorer sensiblement leurs pratiques culturales.


Lexique

Agriculture irriguée : Agriculture à laquelle on apporte de l’eau artificiellement, soit par arrosage manuel, soit par écoulement sous l’effet de la gravité, soit par aspersion (reproduction de la pluie) ou par infiltration… Elle s’oppose à l’agriculture pluviale

Milieu aride : Environnement caractérisé par un manque d’eau permanent (sécheresse). Une région est en milieu aride quand elle reçoit moins de 250 mm de pluie par an. Elle se reconnaît par une végétation rare, basse et atrophiée, une faune de petits insectes…

En savoir plus

Livres

  • Duchemin B., Maisongrande P., Boulet G., Benhadj I. A simple algorithm for yield estimates : Evaluation for semi-arid irrigated winter wheat monitored with green leaf area index, Environmental Modelling and Software, 2008, 23, 7 : 876-892 Doi : 10.1016/ j.envsoft.2007.10.003

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