Télédétection et tournesol : - diagnostic - pilotage en ... · visite demain matin (jeudi 30 juin) de la station de mesures de flux à Auradé. Avec Eric Ceschia. Journées d’échanges

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Télédétection et tournesol : - diagnostic - pilotage en temps réel - prévision

1 Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives

Dejoux Jean-Francois, CESBio, CNRS Expérimentation, partenariat et application, agricuture

Télédétection et tournesol : diagnostic, prévision et pilotage en temps réel.

REMERCIEMENTS, CONTRIBUTEURS


Principaux CONTRIBUTEURS : - CESBio : JF Dejoux, Ahmad Al Bitar, Valérie Demarez, Hervé Gibrin, Florian Helen, Jérôme Cros, Mireille Huc, Claire Marais-Sicre, Olivia Mas-Erauso, Olivier Hagolle, Marjorie Battude, Jordi Inglada… - Terres Inovia : Luc Champolivier, Emmanuelle Mestries, Bernard Garric, Arnaud Micheneau… - Inra : Philippe Debaeke, Yasmil Fernandez, Ronan Trépos, Céline Colombet, André Gavalland… PARTENAIRES Agrosolution, coopératives agricoles (AAA, Arterris, ValdeGascogne) Financement Casdar. Projet 1311 « prévision de collecte » (Construction d’un simulateur pour la prévision du rendement et de la qualité du tournesol à l’échelle territoriale mobilisant la télédétection satellitaire)


Unité Mixte de Recherche 5126

CNES-CNRS-UPS-IRD

Toulouse

LE CESBIO


LE CESBIO Télédétection : des applications et besoins utilisateurs à la conception de nouvelles missions spatiales. De la conduite des parcelles … à la gestion des ressources (eau…) de bassins versants et régions entières.

----------------- Des compétences thématiques : écologie, environnement, eau et hydrologie, agronomie, occupation du sol… bilan et flux d’eau, de carbone, de GES…

Traitements d’images, algorithme, physique de la mesure… Instrumentation (tour à flux Eau et Carbone et GES icos) et modélisation associée… cf visite jeudi 30 parcelle ‘flux’ Auradé en Tournesol.

Le contexte de la télédétection en agriculture


Une révolution depuis 2013/2015 = séries temporelles, 10-30m de résolution, gratuité, continuité… : • programme Copernicus et satellites Sentinelle 2A… • programme Copernicus et Sentinelle1A et 1B (‘radar’) • Landsat8 (US, 30 mètres résolution)

haute répétitivité temporelle résolution spatiale adaptée à l’action /décisions des gestionnaires (10/20, voire 30 mètres), ep en forêt et agriculture.


La très haute résolution spatiale ‘métrique’ * vol avion IGN (20 et 50 cm) * satellite de type pléiade (70 cm), spot6 ou 7 (1,5m) * drone (qq cm)




QUE FAIRE QUAND IL N’Y A PAS ASSEZ D’IMAGES SENTINELLE2 et LANDSAT8 ?


Quel est le problème ? * contexte observatoire, diagnostic * contexte temps réel, services payants (ou gratuits…) Exemple de 2016 sur la Haute-Garonne avec Sentinelle2A : 1 image claire par mois du 21 février au 21 mai 2016 ‘Trou’ en juin 2016 manque pour le suivi de début de cycle du Tournesol - Landsat8 : rien non plus - Images payantes (Deimos, DMC) : le 2 et 8 juin (sans client !) - Sentinelle1A (‘radar’) : 4, 5, 9, 10, 28 juin (a minima) - Sentinelle3 (100m de résolution tous les jours) : à voir…


Sentinelle 1 Premier aperçu en 2015 !

Ex. d’une parcelle de tournesol en 2015

Images optiques de type Sent.2 Tous les 5 voire 2/3 jours > 2017

Données ‘radar’ Sent.1 • Tous les 4/5 jours dès 2015. • S1B lancé en avril 2016 • Une donnée même en présence de nuages !

Travaux en cours, Mermoz Stéphane et al., CESBio


Deimos1 ou DMC : • large fauchée : 600 km • passage presque tous les jours • résolution 1 pixel : 22 mètres • seulement 3 bandes spectrales • codé sur 8 bits • prix compétitifs, nouvelle formule commande… => MUTUALISATION ?

DMC - Image du 8 juin 2016


Le Pôle Thématique Surfaces Continentales THEIA

- Structure inter-organismes, nationale, scientifique et

technique, pérenne.

- Portée par 11 institutions publiques françaises impliquées

dans l’observation de la Terre et les sciences de

l’environnement.

- Créée en 2012.

Projet Casdar ‘TOURNESOL’ 2014-2016


La construction d’un simulateur pour la prévision du rendement et de la qualité du tournesol à l’échelle territoriale mobilisant la télédétection satellitaire. (voir Livret, pages 22/23) Trois thèmes concernant la télédétection… en temps ‘réel’ : i. La cartographie des surfaces et parcelles en tournesol,

ii. La précocité/tardiveté des levées de chaque parcelle, iii. La dynamique d’indice foliaire vert de chaque parcelle qui, assimilée dans différents types de modèles, devrait permettre une meilleure prévision du rendement et des teneurs en huile.

Objectif 1 La cartographie des surfaces et parcelles en tournesol.


• Démonstrateurs (http://osr-cesbio.ups-

tlse.fr/portailsie/index.php/les-demonstrateurs)

1. Couverture neigeuse 2. Occupation du sol => en cours de

campagne… 3. Pilotage de l’irrigation 4. Indices de sécheresse

THEIA, produit OSO (Occupation du SOl)


• Présentation des méthodes et algo. de classification de OSO http://www.cesbio.ups-tlse.fr/multitemp/?p=6178

• Métadonnées, informations et liens (pour télécharger 2013) : www.cesbio.ups-tlse.fr/multitemp/wp-content/uploads/2016/01/ocs.html

• Viewer carto –

Carte 2014 : www.cesbio.ups-tlse.fr/multitemp/wp-

content/uploads/2016/02/SudOuestMosaic_France2014_V1_ColorIndexedT.html

Carte 2013 : http://www.cesbio.ups-tlse.fr/multitemp/wp-content/uploads/2016/02/ocsolv2.html

• WMS pour l'ocsol théia : cyan.ups-tlse.fr/geoserver/SudOuest/wms?

• Ce lien permet de télécharger le produit à pleine résolution (carte 2014 France entière, base série Landsat à 30 mètres). http://cyan.ups-

tlse.fr:8080/geoserver/SudOuest/wcs?service=WCS&version=1.0.0&request=GetCoverage&coverage=SudOuest:Mosaic_France2014_V1_ColorIndexedT&bbox=305010.0,6116250.0,905130.0,6616350.0&resx=30&resy=30&crs=EPSG:2154&format=geotiff

Rq. On peut aussi jouer sur l'emprise (paramètre bbox dans l'URL, coordonnées Lambert-93) et la résolution (resx, resy).

http://www.cesbio.ups-tlse.fr/multitemp/wp-content/uploads/2016/01/ocs.html









http://www.cesbio.ups-tlse.fr/multitemp/wp-content/uploads/2016/02/SudOuestMosaic_France2014_V1_ColorIndexedT.html





http://www.cesbio.ups-tlse.fr/multitemp/wp-content/uploads/2016/02/ocsolv2.html





http://cyan.ups-tlse.fr:8080/geoserver/SudOuest/wms?/SudOuest:OSOV1







callto:305010.0,6116250.0


callto:905130.0,6616350.0

callto:905130.0,6616350.0




Prototype OSO. Production

France 2014 avec séries Landsat8 à 30 mètres.


Objectif de date de production : tous les ans en oct/nov.


Le produit OSO, peut-il évoluer ?

● Production automatique (cf échelle nationale/europe)

Centre de production THEIA (basé à Toulouse)

● Le produit OSO, peut-il évoluer ?

=> La chaine de traitement (http://tully.ups-tlse.fr/jordi/iota2)

est libre, open source et gratuite, basée sur l’OTB.

Possibilité de l’utiliser à des échelles locales et régionales,

Pour des questions et besoins spécifiques => cf information infra-

annuelle (sur le TOURNESOL) et plus de fraicheur (en cours de

campagne)

http://tully.ups-tlse.fr/jordi/iota2



Cartographie des parcelles de TOURNESOL en cours de campagne : qq enjeux et résultats


Bons résultats au 15/30 juillet en cours de campagne (80 à 95% selon les approches). Apport des images radar (Sentinelle1) ? Tests en cours 1 verrou (actuel) : besoin de données terrain de l’année en cours • en TOURNESOL • mais aussi sur qq autres classes de culture d’été (maïs, sorgho…) => début d’une thèse sur méthodes ‘non supervisées’ Améliorer les résultats, en utilisant des masques (cultures d’été) et les connaissances des années précédentes (cf probabilité de la culture en fonction de la rotation…). Rq générale : les erreurs de classification (confusion TOURNESOL avec d’autres classes) => révélateurs de problèmes agronomiques (cf accidents de cultures) et souvent faibles rendements ?

Observatoire => valoriser la richesse des Suivis pluriannuels à haute résolution spatiale

Forte variabilité interannuelle du dévelopement du Tournesol. Années 2006, 2007, 2008.

Indices de végétation Formosat Moyenne de plus de 200 parcelles / an

Rotations du Tournesol 2002-2003

Biomasse produite (kg m-2)

2002 2003 2002 + 2003 V. Demarez, M. Claverie, B. Duchemin, Ducrot, Marais-Sicre, Dejoux et col.

Indices de végétation Formosat TOURNESOL 2008 sur 250 parcelles

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

2

fév.

19

juin

7

juil.

31

juil.

21

août

25

s ept

6

oct.

10

oct.

26

oct.

tournes ol (85% )

Tournes ol tardif (12% )

Tournes ol partic ulier(3% )

Objectif 2. La précocité/tardiveté des levées de chaque parcelle. => aspect stades, cycle et phénologie


Profils temporels de NDVI de 200 parcelles de tournesol (année 2010)

23

ND

VI

Analyse des profils de NDVI

Contexte

2 profiles with early start: rain in June High Growth 2 very different late profiles soil effect (low and high soil water reserve)

Climate : Very wet in May soil water reserve at full capacity Warm and dry summer water stress on thin soils

Analysis of NDVI profiles for sunflower in 2010

Identification of subclasses

Differences in sowing date caused by different varieties, postponed sowing because of the rain, differences in soil temperature (soil depth)

Day of emergence

Dejoux, Battude, Demarez, CESBio, 2012

ii


Date floraison estimée < date semis et somme de température

Date maturité estimée < date semis et somme de température

Travaux en cours, projet Casdar, mémoire fin étude Arnaud MICHENEAU

Objectif 3. Dynamique d’indice foliaire vert de chaque parcelle qui, assimilée dans différents types de modèles, devrait permettre une meilleure prévision du rendement et des teneurs en huile.


Indice foliaire Mieux mesurer l’indice foliaire. (voir Livret, page 10) De nouveaux outils pour le phénotypage (voir Livret, page 25)


Travaux en cours, projet Casdar, CESBio

Relation Rendements et GAI satellite =stage en cours Arnaud Micheneau


Travaux en cours, projet Casdar, mémoire fin étude Arnaud MICHENEAU

Qq conclusions / perspectives


Diagnostic. Tournesol (en sec) : fortes hétérogénéités intra et inter-parcelles (+inter-annuelles) * besoin de données de terrain de qualité (géo-réf.) (+synergie drone…) * adapter les protocoles terrain (expé, enquêtes, réf…).

Pilotage en temps réel. Mutualiser pour une offre de service globale sur la culture (et l’interculture !) OUI en sécurisant les images en juin/juillet.

Prévision. cf attendre résultats du projet casdar Remarque Générale. Modèles, outils, système d’information (montant et descendant)… => gros enjeux.

Rappel : visite demain matin (jeudi 30 juin) de la station de mesures de flux à Auradé. Avec Eric Ceschia.


2 parcelles flux suivies par le CESBio depuis 2004 : Auradé et Lamasquère (site école EI de Purpan). ‘Tour’ à flux. Mesure continue : énergie, eau, carbone, GES… Labellisation Icos en cours. Base pour la calibration évaluation de modèles à base mécaniste. Auradé 2016 = Tournesol (comme en 2007).

ANNEXES



La « révolution » Sentinelle2 https://peps.cnes.fr/rocket/

juillet 16 Présentation Theia 32


THEIA - Structure et objectifs Un réseau pérenne, fédérateur, stratégique

CNES-Toulouse GEOSUD-Montpellier GEOSUD-IGN-Paris

Portail d’accès https://www.theia-land.fr/

Recherche et méthodes, développements de produits opérationnels, validation. Animation, lien aux utilisateurs. Accompagnement, formation.

Production (chaine de traitements opérationnels) images et produits.

https://www.theia-land.fr/





THEIA Centres d’Expertise Scientifiques (CES)

Regroupements de laboratoires de recherche

Développement et validation de méthodes et produits à valeur ajoutée innovants avec éventuellement des services associés.

La majorité des CES : valorisation des nouvelles séries

multitemporelles décamétriques (cf Sentinelle 1 et 2…).

http://www.theia-land.fr/fr/presentation/centres-d-expertise-scientifique-ces

https://www.theia-land.fr/fr/presentation/centres-d-expertise-scientifique-ces












THEIA - Liste des CES

– Végétation, agriculture et forêt, occupation du sol… : • CES Variables végétales décamétriques : Frédéric Baret et al. • CES Occupation du sol : Jordi Inglada et al. • CES cartographie physionomique de la végétation naturelle : Samuel Alleaume et al. • CES Artificialisation-urbanisation des sols : Samuel Alleaume / Anne Puissant et al. • CES Biomasse forestière et dégradation des zones forestières : Thuy Le Toan et al. • CES Surfaces irriguées : Valérie Demarez et al. • CES Evapotranspiration : (1) basé sur le thermique Albert Olioso / Gilles Boulet /

Dominique Courault et al., (2) basé sur l’optique Vincent Simonneaux et al. • CES Cartographie numérique des sols : Philippe Lagacherie et al.

– Autres CES : • CES Réflectance de surface (L8, S2), intégrant les effets directionnels : Olivier

Hagolle / François-Marie Bréon / Jean-Louis Roujean et al. • CES Albedo : Jean-Louis Roujean et al. / EMMAH (Olioso, Baret, Courault, Weiss …) • CES Surface enneigée : Simon Gascoin et al. • CES Hauteur des lacs et rivières : J.F. Crétaux et al. • CES Cartographie et suivi des surfaces en eau : Hervé Yessou et al. • CES Qualité des eaux continentales : Jean-Michel Martinez et al. • CES Humidité superficielle : Yann Kerr et al. • CES Détection de changements à haute fréquence : Pierre Gançarski et al. • CES Risques maladies à transmission vectorielle : Annelise Tran / Emmanuel Roux et

al.

En rouge : CES mûrs pour prototypage et production dès 2016-2017

Documents

Télédétection et tournesol : - diagnostic - pilotage en ... · visite demain matin (jeudi 30 juin) de la station de mesures de flux à Auradé. Avec Eric Ceschia. Journées d’échanges