Mesure de l'humidité des sols et suivi de l'irrigation par télédétection

L'accès à l'information spatiale a radicalement changé. Il y a encore une quinzaine d'années, utiliser des images satellites pour l'agriculture relevait du parcours du combattant : les images étaient chères, peu fréquentes, et nécessitaient des pré-traitements d'une grande complexité.

Aujourd'hui, grâce au programme européen Copernicus de l'ESA (Agence Spatiale Européenne), la donne s'est inversée. Les satellites Sentinel-1 (radar) et Sentinel-2 (optique) fournissent des données gratuites, à haute résolution (10 mètres), avec un temps de revisite extrêmement court (tous les 5 à 6 jours). Cette révolution technologique a permis aux équipes de l'UMR TETIS (INRAE) de développer des produits opérationnels exceptionnels pour le suivi de l'humidité des sols et de l'irrigation.

La synergie du Radar et de l'Optique

Pour scruter l'état hydrique des parcelles agricoles, les scientifiques croisent deux types d'informations complémentaires issues des capteurs européens Sentinel :

• Les images Radar (Sentinel-1) : Fonctionnant par tout temps (même sous les nuages), l'onde radar présente une très forte sensibilité à l'humidité du sol. Avec près de 15 images générées par mois, ces données assurent un suivi temporel extrêmement fin.
• Les images Optiques (Sentinel-2) : Elles fournissent des données multispectrales qui permettent de suivre l'activité chlorophyllienne en milieu agricole. Leur temps de revisite permet d'obtenir environ 6 images par mois.

La combinaison de ces deux technologies, qui offrent chacune un pixel de 10 m x 10 m, est parfaitement adaptée pour réaliser une cartographie précise à l'échelle de la parcelle agricole, que ce soit pour le suivi de l'humidité ou la détection des surfaces irriguées.

Cartographier l'humidité à très haute résolution spatiale (THRS)

En combinant ces données grâce à des réseaux de neurones artificiels (IA), les chercheurs parviennent à estimer le taux d'humidité volumique du sol (en pourcentage d'eau) à l'échelle de la parcelle agricole.

Ces cartes d'humidité THRS (Très Haute Résolution Spatiale) sont mises à jour tous les 6 jours en France et en Europe, et sont rendues disponibles publiquement via le pôle de données Theia. Elles offrent un outil inestimable pour évaluer le stress hydrique en temps quasi-réel, identifier les zones touchées par la sécheresse ou optimiser les modèles hydrologiques.

Détecter l'irrigation depuis l'espace

Si l'on sait mesurer l'humidité du sol, peut-on détecter quand un agriculteur arrose sa parcelle ? La réponse est oui.

L'algorithme de détection de l'irrigation repose sur l'analyse de séries temporelles de l'humidité du sol. Si les chercheurs observent un pic d'humidité significatif sur une parcelle (signalé par le radar Sentinel-1) qui ne correspond pas à un événement pluvieux (vérifié par les données météorologiques locales), l'algorithme déduit qu'il s'agit d'un événement d'irrigation.

À l'échelle d'une saison, cette détection événementielle permet d'agréger les données et de générer une carte annuelle des parcelles irriguées avec une précision globale très satisfaisante, oscillant entre 80 et 85 %.

Les limites du système : l'effet « bouclier » de la végétation

Malgré sa performance, ce système de télédétection a des limites physiques. L'obstacle principal reste la densité de la végétation.

Lorsque la culture est très développée (par exemple un maïs en plein été avec un indice NDVI supérieur à 0,7 ou 0,8), la couverture végétale devient tellement épaisse qu'elle agit comme un bouclier pour le signal radar en bande C (celui de Sentinel-1). L'onde radar ne parvient plus à atteindre le sol et rebondit sur les feuilles. Dans ces conditions de fort couvert végétal, les événements d'irrigation deviennent indétectables par le satellite.

C'est pourquoi la détection est particulièrement efficace en début de saison ou sur des cultures moins couvrantes (maraîchage, prairies, vignes peu denses), mais rencontre des "trous de détection" au pic du développement foliaire de certaines grandes cultures.