Images Sentinel en agriculture et NDVI :
Comment ça marche ?

13 mai 2020

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teledetection Sentinel et NDVIDans le cadre d’un service de télédétection par satellite, le chemin est long entre l’acquisition des images par le satellite tournant autour de la terre, leur traitement et enfin la réception des données sur votre smartphone.

Voici quelques clés de compréhension pour mieux appréhender ce long processus d’acquisition et de traitement des images Sentinel en agriculture.

Acquisition des images Sentinel en agriculture

La mission Sentinel-2 fait partie du programme d’observation et de surveillance de la Terre Copernicus conduit par l’Union Européenne et lancé depuis 1998.

L’Agence spatiale européenne (ESA) est responsable du développement des deux satellites (Sentinel 2a et 2b), des instruments et du segment sol qui produit les images.

Le CNES diffuse les données de Copernicus au grand public et organise des campagnes pour que de futures applications puissent exploiter efficacement les données de Sentinel 2.

Sentinel et NDVI Détail des longueurs d’ondes disponibles
Détail des longueurs d’ondes disponibles

Tous les 5 jours, des images gratuites sont ainsi disponibles dans 13 bandes spectrales. La résolution des images varie de 10 à 60 m selon les bandes spectrales allant du visible au moyen infra-rouge.

 

Satellites utilisés dans les services Geosys
Satellites utilisés par la société Geosys dans le cadre du partenariat avec SMAG et des services déployés (Cerelia, Indices de végétation…).

Ces images viennent compléter les autres acquisitions déjà en place avec les anciennes constellations de satellites publiques et privées (Landsat, Deimos…) et enrichir ainsi aussi bien les fréquences d’acquisition que les résolutions et longueurs d’ondes disponibles.

C’est l’augmentation de ces fréquences d’acquisition, ainsi que la baisse des coûts qui ont permis une accélération des services utilisant les images satellites ces dernières années.

Traitement des images Sentinel en agriculture

Exemple de détection des nuages (source Geosys)
Exemple de détection des nuages (source Geosys)

Ces images gratuites doivent ensuite être traitées afin qu’elles soient utilisables dans des applications professionnelles. Ainsi par exemple il est nécessaire de retraiter pour supprimer les nuages et les ombres : sur la première image, l’interprétation directe pourrait amener à identifier des zones de faible végétation (en orange), or il s’agit comme le montre la seconde image de la présence de nuage au moment de la prise de vue.

 

Exemple de calibration et correction atmosphérique (source Geosys)
Exemple de calibration et correction atmosphérique (source Geosys)

Par ailleurs, il est nécessaire afin de pouvoir effectuer des comparaisons spatiales et temporelles de calibrer les images afin de compenser les variations atmosphériques en cours au moment des prises de vue.

Tous ces éléments sont extrêmement importants afin de ne pas interpréter les images avec des biais. Il n’y a pas de service de qualité sans qualité des données à la base !

télédétection par satellite Sentinel et NDVI

télédétection par satellite Sentinel et NDVI

Ce n’est pas le tout d’avoir de belles images des parcelles et ceci de manière très régulière, encore faut-il en tirer une information pertinente d’un point de vue agronomique et donc pouvoir prendre des décisions de pilotage. C’est pour cela que des indices de végétation ont été mis en place et sont calculés.

Principe de fonctionnement du NDVI, l’un des principaux indices de végétation

La végétation, comme tout autre corps, absorbe le rayonnement solaire mais seulement une partie. L’autre partie est réfléchie et il est possible de mesurer cette quantité de rayons, c’est la réflectance. En faisant le rapport en la partie absorbée (notamment due à la photosynthèse) et la partie réfléchie, nous obtenons un indice corrélé, en gros, à la densité de végétation. Cet indice s’appelle en Anglais le NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) oscillant entre  -1,0 pour l’eau et 0,9 pour une végétation dense.

Plus précisément, il est corrélé à la quantité de matière en végétation et à la vigueur des plantes. Les feuilles vertes ont des réflectances plus importantes dans le proche infrarouge que dans le domaine visible. Les feuilles en état de stress, déficit hydrique ou malades, deviennent plus jaunes et reflètent significativement moins dans le domaine de l’infrarouge. Les nuages, l’eau et la neige ont des réflectances plus importantes dans le visible que dans le proche infrarouge. Les NDVI avec des valeurs proches de zéro indiquent un sol nu et en présence de végétation l’indice varie de 0,1 (végétation clairsemée) à 0,9 (végétation verte et dense).

Le NDVI est également directement lié :

  • au Lai (Indice de surface foliaire) utilisé dans les modèles de croissance et de prévision de rendement
  • à la biomasse verte pour tous les types de végétation
  • à l’activité photosynthétique de la végétation
  • à la couverture du terrain (par exemple adventices).

D’autres indices de végétation existent afin de traiter d’autres thématiques ou de prendre le relais parfois dans des moments où le NDVI ne fonctionne plus (phénomène de saturation). C’est par exemple le cas de l’EVI (Enhanced Vegetation Index), le NDRE (Normalized Difference Red Edge Index) ou le SAVI (Soil-Adjusted Vegetation Index).

C’est ainsi que les images qui vous sont délivrées vous permettent d’avoir des indices sur le comportement de croissance de la parcelle. Bien sûr chaque culture réagit différemment, possède sa propre « signature » et chaque événement se révélera d’une manière différente.

Pour aller plus loin

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