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Daily evaporation from 23 irrigated and rainfed crops worldwide from 2000 to 2025

Cet article présente CropET, un ensemble de données mondiales fournissant des estimations quotidiennes de l'évaporation pour 23 cultures irriguées et pluviales de 2000 à 2025 à une résolution de 5 minutes d'arc, qui combine la modélisation FAO-56 avec une cartographie dynamique des cultures et des données satellitaires afin d'offrir une ressource validée pour analyser les impacts agricoles sur le cycle hydrologique.

Auteurs originaux : Akash Koppa, Sara Bonetti

Publié 2026-10-06

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CC BY 4.0

Auteurs originaux : Akash Koppa, Sara Bonetti

Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète

L'eau qui tombe du ciel et l'eau qui remonte dans l'air forment une boucle continue qui soutient la vie sur Terre. Ce cycle ne concerne pas seulement la pluie et les rivières ; il est profondément lié aux plantes que nous cultivons pour nous nourrir. Lorsque les agriculteurs plantent des cultures, ils modifient la façon dont l'eau circule à travers la terre. Certaines cultures puisent l'eau du sol, tandis que d'autres dépendent de systèmes d'irrigation qui pompent l'eau des rivières ou des aquifères. À mesure que la population mondiale croît et que le climat se réchauffe, la manière dont ces cultures utilisent l'eau évolue. Dans certains endroits, les champs s'étendent vers de nouvelles zones, tandis que dans d'autres, la hausse de la chaleur rend l'air plus assoiffé, extrayant davantage d'humidité du sol. Comprendre exactement quelle quantité d'eau les cultures consomment, et d'où provient cette eau, est essentiel pour gérer les approvisionnements alimentaires et protéger les réserves d'eau douce de la planète.

Pour résoudre ce casse-tête, les chercheurs Akash Koppa et Sara Bonetti ont créé un nouvel enregistrement détaillé de la perte d'eau quotidienne des cultures à travers le monde entier. Ils appellent ce jeu de données CropET. Il suit l'évaporation de vingt-trois types différents de cultures, allant du riz et du blé au soja et au café, pour chaque jour entre les années 2000 et 2025. La carte couvre la Terre avec une résolution assez fine pour voir les champs individuels, plutôt que de simples régions étendues. En combinant les données satellites sur les précipitations et la météo avec des cartes actualisées de l'endroit où les cultures poussent réellement, l'équipe a construit une image de l'évolution de l'utilisation de l'eau agricole au fil du temps. Ce travail va au-delà des estimations plus anciennes qui traitaient les zones de culture comme fixes et immuables, offrant au contraire une vue dynamique qui capture l'expansion réelle de l'agriculture et l'évolution du climat.

Les chercheurs ont découvert que la quantité totale d'eau s'évaporant des cultures dans le monde est immense. Pour l'année 2000, leurs calculs ont montré que les cultures ont libéré environ 5 814 kilomètres cubes d'eau dans l'atmosphère. Ce chiffre concorde étroitement avec d'autres études majeures, ce qui donne confiance dans l'exactitude du nouveau modèle. Lorsqu'ils ont décomposé ce chiffre, ils ont vu que le riz, le blé et le maïs étaient les plus gros consommateurs, représentant ensemble 40 % de toute l'évaporation des cultures. Le riz s'est distingué comme la culture dépendant le plus lourdement de l'irrigation, puisant des quantités significatives d'eau provenant de sources humaines. En revanche, des cultures comme le soja, le manioc et le cacao dépendaient presque entièrement de la pluie, montrant une faible dépendance à l'irrigation.

Au cours des deux décennies couvertes par l'étude, le schéma d'utilisation de l'eau a changé de manière notable. Dans de nombreuses parties du monde, particulièrement en Inde, en Chine orientale et en Asie du Sud-Est, la quantité d'eau s'évaporant des cultures a augmenté. Cette hausse a été portée par deux forces principales : l'expansion physique des terres agricoles et la demande croissante en eau causée par un air plus chaud et plus sec. Dans ces régions, les agriculteurs ont planté plus de cultures, et celles-ci ont bu davantage parce que la chaleur les a rendues plus assoiffées. L'étude a souligné qu'en Chine et en Inde, tant les champs pluviaux que les champs irrigués ont contribué à cette augmentation. Cependant, l'histoire était différente ailleurs. Dans l'ouest des États-Unis et dans certaines parties de l'Amérique du Sud, l'utilisation de l'eau par les cultures a en fait diminué. Dans la vallée centrale de Californie, par exemple, une sécheresse sévère et de nouvelles lois sur la gestion de l'eau ont conduit les agriculteurs à laisser des champs en jachère, réduisant ainsi la quantité d'eau s'évaporant de la terre.

L'équipe a également examiné comment ces changements se manifestaient dans le temps et l'espace. Ils ont découvert que l'augmentation de l'utilisation de l'eau n'était pas uniforme. En Afrique de l'Ouest et dans la savane brésilienne, la hausse était presque entièrement due à l'expansion des cultures pluviales dans de nouvelles zones. Dans le centre de l'Inde, cependant, l'augmentation était principalement due à l'irrigation. Les chercheurs ont validé leurs chiffres en les comparant à des mesures réelles provenant de tours qui suivent la vapeur d'eau s'élevant du sol. Bien que leurs estimations quotidiennes soient légèrement inférieures aux mesures des tours, les schémas globaux concordent bien, confirmant que le modèle capture le comportement essentiel des cultures. L'étude a également noté que pour les années 2021 à 2025, les données reposent sur les surfaces cultivées enregistrées en 2020, car des cartes plus récentes n'étaient pas encore disponibles, ce qui signifie que les années les plus récentes reflètent une vue statique de l'agriculture plutôt que les dernières expansions.

Ce nouveau jeu de données offre un outil puissant pour comprendre la relation complexe entre la production alimentaire et le cycle de l'eau. En fournissant une vue quotidienne et mondiale de la manière dont les cultures utilisent l'eau, il permet aux scientifiques et aux planificateurs de voir exactement où et quand l'expansion agricole remodèle les budgets hydriques régionaux. Il révèle que, si certaines régions voient leurs cultures boire davantage en raison du climat et de la croissance, d'autres se retirent en raison de la rareté de l'eau. Ce travail ne se contente pas de compter l'eau ; il raconte l'histoire de la façon dont les choix humains et les changements environnementaux réécrivent les règles du cycle hydrologique de la Terre, un champ à la fois.

Résumé technique : Jeu de données CropET

Énoncé du problème
L'estimation précise de l'évapotranspiration (ET) des cultures à l'échelle mondiale demeure un défi scientifique majeur, malgré son rôle crucial dans le cycle hydrologique de la Terre. Alors que la demande agricole croissante et le changement climatique ont substantiellement modifié les bilans hydriques mondiaux, les jeux de données existants ne parviennent souvent pas à distinguer explicitement les cultures pluviales des cultures irriguées ou manquent de la résolution temporelle nécessaire pour capturer les impacts non linéaires de l'expansion agricole. La plupart des produits d'ET mondiaux reposent sur des cartes de cultures statiques (ex. : MIRCA2000) qui ne tiennent pas compte de l'expansion dynamique des terres cultivables entre 2000 et 2025, ni ne fournissent la résolution temporelle quotidienne nécessaire à une gestion détaillée de l'eau et à l'étalonnage des modèles.

Méthodologie
Les auteurs présentent CropET, un jeu de données mondial de l'évapotranspiration quotidienne pour 23 classes de cultures irriguées et pluviales, couvrant les années 2000–2025 avec une résolution spatiale de 5 minutes d'arc (~9,3 km à l'équateur). Le jeu de données est généré à l'aide d'un modèle de bilan hydrique du sol basé sur la FAO-56, comprenant les composantes clés suivantes :

Données d'entrée : Le modèle est forcé par l'ensemble pondéré multi-sources de précipitations (MSWEP) v2.8 et l'évapotranspiration potentielle de référence (hPET) dérivée de la réanalyse atmosphérique ERA5.
Données de culture dynamiques : Une innovation centrale est l'utilisation de MIRCA-OS, qui fournit des surfaces cultivées et des calendriers spatialement explicites pour 23 classes de cultures pour les années 2000, 2005, 2010, 2015 et 2020. Les auteurs ont interpolé linéairement ces points de données pour créer une série annuelle continue pour 2000–2025. Pour la période 2021–2025, les données de 2020 ont été maintenues constantes en raison de l'absence de base d'extrapolation.
Physique du modèle : Le modèle résout un bilan hydrique quotidien du sol indépendamment pour chaque cellule de grille, chaque culture et chaque sous-saison. Il calcule l'ET quotidienne des cultures ( $E_c$ $E_{c}$ ) à l'aide de l'équation $E_c(j) = K_c(j) K_s(j) E_0(j)$ $E_{c} (j) = K_{c} (j) K_{s} (j) E_{0} (j)$ , où $K_c$ $K_{c}$ est le coefficient cultural et $K_s$ $K_{s}$ le coefficient de stress hydrique.
- Coefficients culturaux : Régionalisés sur la base de six zones agro-climatiques pour tenir compte de la variation de la durée des stades de croissance.
- Coefficients de stress : Pour les cultures pluviales, $K_s$ diminue linéairement lorsque l'épuisement du sol dépasse la fraction disponible. Pour les cultures irriguées, $K_s$ est fixé à 1,0, et le volume d'irrigation est calculé pour répondre à la demande.
- Cas particuliers : La culture du riz inclut des ajustements spécifiques pour la saturation de la zone racinaire et l'immersion (200 mm ajoutés à l'ET bleue).
Partitionnement des sorties : Le jeu de données partitionne l'ET en eau verte (soutenue par les précipitations) et eau bleue (soutenue par l'irrigation).

Contributions clés

Données temporelles à haute résolution : CropET fournit des estimations d'ET quotidiennes, une avancée significative par rapport à la résolution mensuelle typique des précédents jeux de données mondiaux sur l'eau des cultures (ex. : WATNEEDS, CropGBWater).
Différenciation explicite des cultures et des sources d'eau : Le jeu de données distingue 23 classes de cultures spécifiques et sépare la culture irriguée de la culture pluviale, permettant la quantification des composantes d'eau bleue et d'eau verte.
Expansion agricole dynamique : En intégrant MIRCA-OS, le jeu de données capture l'impact temporel de l'expansion agricole sur l'ET, dépassant les instantanés statiques des produits mondiaux précédents.
Accès ouvert : Le jeu de données (environ 737 Go) et le code source sont publics via Zenodo et Google Drive sous des licences ouvertes.

Résultats et validation

Magnitude mondiale : Pour l'année 2000, CropET estime l'ET mondiale des cultures à 5 814 km³ (l'abstract note 5 531 km³ à un endroit, mais la section de validation précise 5 814 km³ par rapport aux 5 868 km³ de WATNEEDS), montrant une différence de 2,8 % avec le jeu de données largement utilisé WATNEEDS.
Motifs spatiaux : Les valeurs d'ET élevées sont concentrées dans les régions agricoles intensives comme la plaine de l'Indo-Gange, l'est de la Chine et le Midwest des États-Unis. Le riz, le blé et le maïs représentent 40 % de l'ET mondiale des cultures.
Tendances temporelles (2000–2020) : Le jeu de données révèle un passage vers des anomalies normalisées positives de l'ET pour la plupart des cultures, piloté à la fois par l'expansion des surfaces et l'augmentation de la demande évaporative. Le riz, le maïs, le soja, la canne à sucre et le palmier à huile présentent les augmentations les plus fortes. À l'inverse, l'orge, la betterave sucrière et le seigle montrent des tendances négatives dues à la contraction des surfaces.
Validation par rapport à WATNEATS : Les corrélations spatiales entre CropET et WATNEEDS pour l'an 2000 varient de 0,53 (canne à sucre) à 0,90 (palmier à huile), la plupart des cultures présentant un biais de pourcentage compris dans ±20 %.
Validation par rapport à FLUXNET : Validé par rapport à 10 sites de covariance des flux turbulents, CropET a atteint une corrélation mondiale de 0,77, une erreur quadratique moyenne (RMSE) de 1,26 mm j⁻¹ et une efficacité de Kling-Gupta (KGE) de 0,64. Le modèle sous-estime systématiquement la variabilité jour après jour (écart-type normalisé < 1), probablement en raison de décalages de l'empreinte spatiale et d'une simplification de la dynamique sol-plante, mais performe bien au-dessus des références de moyenne.

Signification et revendications
Les auteurs affirment que CropET permet un large éventail d'applications en représentant explicitement la variabilité temporelle des surfaces cultivées et en utilisant des intrants climatiques basés sur des observations. Plus précisément, le jeu de données est positionné comme une ressource pour :

L'étalonnage des modèles de système Terre.
L'évaluation des prélèvements d'irrigation.
La quantification de la manière dont l'expansion agricole a remodelé les bilans d'eau et d'énergie régionaux.

L'article maintient un ton modeste concernant ses limites, reconnaissant que les données 2021–2025 reposent sur des surfaces cultivées statiques de 2020, ce qui introduit une incertitude dans la quantification de l'impact des changements agricoles récents pour ces années spécifiques. De plus, le modèle ne simule pas explicitement l'évaporation du sol nu, les pertes par interception ou la remontée capillaire, ce qui peut contribuer à la sous-estimation de la variabilité quotidienne observée dans les sites de validation.

Résumé technique : Jeu de données CropET

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