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Notions fondamentales de télédétection

5.2.1 Cartographie des types de cultures

Contexte général
L'identification et la cartographie des cultures sont importantes pour plusieurs raisons. Des cartes des différentes cultures sont créées par des agences agricoles nationales et multinationales, des compagnies d'assurance, et des commissions agricoles régionales pour dresser un inventaire des types des cultures pratiquées dans des régions données ainsi que des périodes de culture. Ces cartes permettent de prévoir les approvisionnements en grain (prédiction de production), de recueillir des statistiques sur la production, de maintenir des dossiers sur la rotation des cultures, de cartographier la production des sols, d'identifier les facteurs qui influencent la santé des plantes, d'évaluer les dommages causés par les tempêtes et la sécheresse et de surveiller les activités agricoles.

L'identification et le calcul de la surface des cultures (souvent mesurées en âcres) est l'une des activités qui bénéficie le plus de cette cartographie agricole. Traditionnellement, c'est par le recensement et les levés au sol que l'on procédait pour obtenir ces informations. Cependant, l'utilisation de la télédétection favorise l'uniformisation des mesures, ce qui permet des stratégies communes de cueillette de données et d'extraction d'information, particulièrement pour les agences et les consortiums multinationaux.

Pourquoi la télédétection?
La télédétection offre une méthode sûre et efficace de cueillette d'information dans le but de cartographier le type et de calculer la superficie des cultures. En plus d'offrir une vue synoptique, la télédétection peut fournir de l'information sur la structure et la santé de la végétation. La réflectance spectrale d'un champ varie selon le stade phénologique (stade de croissance), le type de plantes et leur état de santé. Les micro-ondes sont sensibles à l'alignement, la structure et la quantité d'eau présente dans les plantes et dans le sol, et peuvent fournir de l'information complémentaire aux données optiques. L'intégration de ces deux types de données augmente l'information disponible pour distinguer la signature spectrale de chaque classe et permet donc une classification plus juste.

Les résultats de l'interprétation des données de télédétection peuvent être intégrés dans un système d'information géographique (SIG) et dans un système de gestion des cultures, et peuvent aussi être combinés à des données auxiliaires pour fournir de l'information sur les droits de propriété, les pratiques de gestion, etc.

Exigences des données
L'identification et la cartographie des récoltes bénéficie de l'utilisation des images multitemporelles qui facilitent la classification en tenant compte des changements dans la réflectance des plantes durant leur croissance. Les données multitemporelles ont besoin de capteurs calibrés et d'images prises fréquemment durant la saison de croissance. Par exemple, les cultures de canola sont habituellement plus faciles à identifier lors de la floraison à cause du changement de la réflectance spectrale.

Les données multicapteurs sont aussi utiles, car elles augmentent la précision de la classification en fournissant plus d'information qu'un seul capteur ne peut le faire. Les images couleurs infrarouges montrent le contenu en chlorophylle des plantes et la structure du couvert végétal, tandis que les images radars fournissent de l'information sur la structure des plantes et sur le taux d'humidité. Dans les régions nuageuses et brumeuses, le radar est un excellent outil pour l'observation et la différenciation des cultures, car il est un capteur actif qui émet des rayonnements de longues longueurs d'onde plus grandes qui pénètrent facilement la vapeur d'eau atmosphérique.

Le Canada et les autres pays
Même si les principes d'identification des cultures sont identiques, l'échelle d'observation en Europe et dans le sud-est de l'Asie est beaucoup plus petite qu'en Amérique du Nord car les champs sont y plus petits. La couverture nuageuse en Europe et dans les pays tropicaux limite habituellement l'utilisation des capteurs optiques à haute résolution. Dans ces régions, les radars à haute résolution sont beaucoup plus utilisés.

Les grandes feuilles des cultures tropicales (cacao, banane, palmier) possèdent des signatures radars caractéristiques. Les feuilles de bananiers en particulier, sont caractérisées par une rétrodiffusion plutôt brillante (B dans l'image). Le suivi des stades de croissance du riz est une application importante dans les régions tropicales, particulièrement dans les pays asiatiques. Le radar est très sensible à la rugosité des surfaces et le développement des rizières provoque un changement important dans la tonalité des images : les surfaces lisses des rizières inondées au printemps produisent une faible résolution, tandis que les feuilles des plantes matures produisent une rétrodiffusion élevée.

Étude de cas
Les pays de la Communauté Européenne (CE) utilisent la télédétection pour aider à remplir le mandat et les exigences de la politique agricole de la CE. Ces exigences sont la délimitation, l'identification et le calcul de la surface des cultures importantes en Europe pour produire des prévisions de récolte le plus rapidement possible durant la saison de croissance. Des procédures normalisées pour l'acquisition de ces données sont basées sur la technologie de la télédétection, et ont été développées par le projet MARS (Monitoring Agriculture by Remote Sensing). Les projets utilisent plusieurs types de données de télédétection : les données à faible résolution de NOAA-AVHRR jusqu'aux données radars à haute résolution, en plus de plusieurs sources de données auxiliaires.

The project uses many types of remotely sensed data, from low resolution NOAA-AVHRR, to high-resolution radar, and numerous sources of ancillary data. These data are used to classify crop type over a regional scale to conduct regional inventories, assess vegetation condition, estimate potential yield, and finally to predict similar statistics for other areas and compare results. Multisource data such as VIR and radar were introduced into the project for increasing classification accuracies. Radar provides very different information than the VIR sensors, particularly vegetation structure, which proves valuable when attempting to differentiate between crop type.

Ces données sont utilisées dans la classification des cultures à l'échelle régionale pour produire des inventaires régionaux, pour déterminer la santé et la condition de la végétation, pour donner un estimé de la production et finalement, pour produire des statistiques semblables pour d'autres régions dans le but de faire des comparaisons. Les données provenant de plusieurs sources, tels que les capteurs couleurs infrarouges et radars, ont été ajoutées au projet pour augmenter le niveau de précision des classifications. Le radar fournit des informations très différentes de celles recueillies par les capteurs optiques, particulièrement sur la structure de la végétation, ce qui est très utile pour la différenciation des types de cultures.

Une autre application importante en agriculture est l'utilisation opérationnelle des données optiques et radars à haute résolution pour vérifier l'état des cultures d'un fermier qui réclame de l'aide ou une compensation. La télédétection permet également l'identification de zones de culture non conformes aux exigences ou présentant une apparence suspecte. Une fois repérées, ces cultures pourront, par la suite, être examinées de façon plus directe. Comme partie intégrante du IACS (Integrated Administration and Control System), les données de télédétection favorisent le développement et la gestion de bases de données qui contiennent de l'information sur les cadastres, sur l'utilisation du sol déclarée et sur la dimension des parcelles. Cette information servira dans l'évaluation des demandes de subvention.

Ces exemples démontrent quelques unes des nombreuses applications opérationnelles de la télédétection pour la surveillance et l'identification des cultures.