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Notions fondamentales de télédétection

5.2.2 Surveillance des cultures et évaluation des dommages

Contexte général
L'évaluation de la santé des cultures, de même que la détection rapide d'infestations maximisent la qualité des productions agricoles. Le stress associé notamment au manque d'eau, aux insectes, aux infestations de champignons ou de mauvaises herbes, doit être détecter assez rapidement pour permettre au fermier de le corriger. Ce processus exige que les images soient acquises fréquemment (au minimum, une fois par semaine) et qu'elles soient livrées au fermier rapidement, habituellement dans les 2 jours.

De plus, une culture donnée ne croît pas partout au même rythme, ce qui entraîne d'importantes variations de production à l'intérieur d'un même champ. Ces différences de croissance peuvent être dues à des carences du sol en nutriments ou à d'autres formes de stress. La télédétection permet au fermier d'identifier les sections d'un champ les moins productives et de prendre des mesures correctives comme l'application d'engrais, d'herbicides ou de pesticides aux endroits précis qui en ont besoin. En plus d'améliorer la productivité de sa terre, cette approche permet au fermier de réduire ses dépenses ainsi que l'impact environnemental de ses interventions.

Certains gestionnaires qui sont très peu familier avec les techniques agricoles sont appelés à gérer les échanges commerciaux et doivent fixer les prix d'achat et de vente des récoltes. Ils ont besoin d'information sur la santé des cultures mondiales pour fixer les prix et négocier des accords commerciaux. Ces gestionnaires se fient sur des données comme l'index d'évaluation des récoltes pour comparer les taux de croissance et la productivité d'une année à l'autre, et pour connaître la production de l'industrie agricole de chaque pays. Ce genre d'information peut aussi aider à cibler les sites de futurs problèmes, comme la famine en Éthiopie qui a été causée par la sécheresse à la fin des années 1980. L'identification de ces régions facilite la planification et la gestion de l'aide humanitaire et des efforts de secours.

Pourquoi la télédétection?
La télédétection possède plusieurs qualités qui se prêtent bien à la surveillance de la santé des cultures. Les capteurs optiques possèdent l'avantage de pouvoir détecter, non seulement le rayonnement visible, mais aussi le rayonnement infrarouge qui est très sensible à la santé, au stress et aux dommages subis par les cultures. Les images de télédétection donnent aussi une vue d'ensemble du terrain. De récents développements en communication et en technologie permettent à un fermier d'obtenir des images de ses champs et de prendre des décisions opportunes pour la gestion de ses cultures. La télédétection peut aider dans l'identification des zones touchées par des conditions trop humides ou trop sèches, par des insectes, par des infestations de champignons et de mauvaises herbes ou par des intempéries. Les images peuvent être acquises durant toute la saison de croissance, non seulement pour détecter des problèmes, mais aussi pour mesurer l'efficacité d'un traitement. Cette image montre les dommages et la destruction des récoltes causés par une tornade au sud-ouest de Winnipeg au Manitoba.

La végétation en santé contient une grande quantité de chlorophylle, la substance qui produit la couleur verte de la majorité des plantes. Les plantes en santé reflètent très peu le rayonnement rouge et bleu car la chlorophylle les absorbe, cependant elle réfléchissent beaucoup le vert et l'infrarouge. Des récoltes endommagées ou soumises à des stress ne contiennent pas autant de chlorophylle et subissent des changements de leur structure interne. La réduction en chlorophylle réduit la quantité de rayonnement vert réfléchi, tandis que les changements de la structure interne des plantes réduisent la quantité de rayonnement proche infrarouge réfléchi. Ces réductions permettent donc une détection rapide du stress dans les cultures. L'analyse de la proportion d'infrarouge réfléchi par rapport au rouge donne une excellente mesure de la santé de la végétation. Ce rapport sert de principe de base pour certains indices de végétation tels que le NDVI (normalized differential vegetation index). Des plantes en santé possèdent une valeur NDVI élevée, car elles réfléchissent beaucoup de lumière infrarouge et ne réfléchissent presque pas de lumière rouge. Le stade phénologique et la santé des plantes sont les facteurs majeurs qui influencent la valeur NDVI. La différence qui apparaît entre les cultures irriguées et les cultures non irriguées nous fournit un excellent exemple de ce phénomène. Les cultures irriguées sont très vertes sur l'image couleur. Les sections plus foncées sont des pâturages secs contenant peu de végétation. Sur l'image infrarouge couleur, où la réflectance infrarouge est affichée en rouge, la végétation en santé est de couleur rouge vif, tandis que le pâturage demeure foncé.

Exigences des données
La détection des dommages et la surveillance de la santé des cultures exigent des données à haute résolution et multispectrales. Pour le producteur agricole, la livraison dans le plus court délai possible après l'acquisition de l'information constitue le facteur le plus important. Une image datant de deux semaines n'est d'aucune utilité pour la gestion et le contrôle des dommages en temps réel. Les images seront d'autant plus utiles qu'elles seront acquises à des moments spécifiques durant la croissance et à des intervalles fréquents.

Le Canada et les autres pays
Des pratiques agricoles efficaces sont une priorité internationale, et plusieurs pays partagent les mêmes exigences que le Canada en matière de surveillance des cultures au moyen de la télédétection. Dans plusieurs cas, toutefois, l'échelle d'intérêt est plus petite : les champs moins grands en Europe et en Asie exigent l'utilisation de systèmes à plus haute résolution. Le Canada, les États-Unis et la Russie possèdent de grandes régions agricoles et ont développé, ou sont en train de développer, des systèmes d'information sur les cultures. Dans leurs cas, une couverture régionale et des données de plus faible résolution (1 km) peuvent être utilisées. La résolution plus faible facilite le traitement informatique car elle réduit l'espace nécessaire pour l'entreposage, le temps de traitement et les besoins en mémoire.

Comme exemple d'application internationale du suivi des cultures, citons celui des dattiers du Moyen-Orient. Les dattiers du Moyen-Orient constituent le sujet d'une étude qui tente de déterminer si la télédétection peut être utilisée pour détecter les dommages causés par le charançon rouge. Dans la péninsule arabique, la culture des dattes est extrêmement répandue, elles constitue l'une des plus importantes de la région. Une infestation par le charançon pourrait détruire rapidement les récoltes de dattes et anéantir une ressource de plusieurs centaines de millions de dollars. Une analyse spectrale de la végétation à partir de données de télédétection y est effectuée pour examiner la santé des dattiers. Les régions infestées apparaissent en jaune à l'oeil nu et, sur les images de télédétection, elles réfléchiront moins d'infrarouge et plus de rayonnement rouge que les régions en santé. Les gestionnaires agricoles espèrent ainsi identifier les zones d'infestation pour pouvoir prendre les mesures nécessaires à l'élimination du charançon et à la protection des arbres en santé.

Étude de cas
Le système d'information des récoltes canadiennes : une carte des indices de récolte composés est créée à chaque semaine à partir de données NOAA-AVHRR. La carte, basée sur le NDVI, montre l'état de santé des cultures des prairies du Manitoba à l'Alberta. Ces cartes index sont produites de façon hebdomadaire, et peuvent être comparées aux indices des années précédentes pour vérifier la santé et le stade de croissance.

En 1988, les Prairies ont été frappées par une importante sécheresse. Des valeurs NDVI dérivées des données de NOAA-AVHRR ont été utilisées pour déterminer à quel point le manque d'eau a affecté les récoltes dans la région. Le rouge et le jaune indiquent des cultures en état de stress, tandis que le vert indique des cultures en bonne santé. Notez que les cultures en santé se situent dans des régions plus clémentes, comme le nord de l'Alberta (rivière Peace), ou dans des régions plus élevées comme à l'ouest de l'Alberta. Les régions non cultivées (pâturages et forêts) sont indiquées en noir.