EOS-4 dual-polarised and Hybrid polarimetric data utilization for field crops and plantation monitoring

Dans les moussons humides et saturées de nuages de l'Inde, observer la croissance d'une culture depuis l'espace a longtemps été un jeu de hasard. Les satellites optiques, qui dépendent de la lumière visible pour prendre des photos, sont souvent aveuglés par le brouillard épais, la brume ou la pluie incessante qui définit la saison de croissance. Quand le ciel est gris, la vue depuis le haut disparaît, laissant les agriculteurs et les scientifiques dans l'obscurité quant à la santé de leurs champs. Pour résoudre ce problème, les chercheurs se sont tournés vers un autre type d'œil : le radar. Contra à un appareil photo qui a besoin de lumière, le radar émet des impulsions micro-ondes invisibles qui rebondissent sur le sol et reviennent vers le satellite, voyant directement à travers les nuages et l'obscurité. Cette technologie est particulièrement sensible à la structure physique des plantes et à l'eau qu'elles contiennent, ce qui en fait un outil fiable pour le suivi de l'agriculture, même lorsque la météo est à son pire. Pendant des années, les scientifiques ont utilisé ces signaux radar pour cartographier le riz et d'autres cultures, mais un nouveau satellite a récemment offert une manière plus nette et plus polyvalente d'observer la Terre, promettant de révéler des détails sur la croissance des plantes qui étaient auparavant cachés.

Une équipe de chercheurs issus des instituts indiens de télédétection et des sciences de l'espace a récemment mis cette nouvelle capacité à l'épreuve avec le lancement d'EOS-4, un satellite conçu pour transporter des instruments radar avancés. Leur objectif était de voir si ces nouvelles données pouvaient faire plus que simplement identifier quelles cultures poussaient ; ils voulaient savoir si elles pouvaient suivre la vie quotidienne d'un champ, du moment où les graines sont semées jusqu'à la récolte finale, et même surveiller les cycles complexes et pluriannuels des plantations de thé. L'étude s'est concentrée sur deux paysages très différents : les plaines plates et semi-arides d'Agra, où les agriculteurs cultivent du riz et du millet perlé, et les jardins de thé brumeux et vallonnés de Palampur. En combinant des balayages à large zone couvrant des régions entières avec des clichés à haute résolution de champs spécifiques, l'équipe a cartographié la façon dont les signaux radar changeaient à mesure que les cultures poussaient, mûrissaient et étaient récoltées.

Dans les champs d'Agra, les chercheurs ont observé le riz et le millet perlé à travers la saison de la mousson. Le riz, qui est souvent planté dans des rizières inondées, présentait une signature unique. Lorsque les champs étaient d'abord inondés et que les jeunes plants venaient d'être transplantés, le signal radar était très faible car la surface lisse de l'eau agissait comme un miroir, réfléchissant le signal loin du satellite. À mesure que le riz grandissait et que les feuilles commençaient à remplir l'air, le signal devenait plus fort, rebondissant plus vigoureusement. L'équipe a constaté qu'en observant ces changements au fil du temps, elle pouvait distinguer le riz planté tôt, à temps ou tardivement, créant ainsi une image claire du calendrier de récolte à travers le district. Le millet perlé, une céréale robuste qui prospère dans des conditions plus sèches, montrait un profil différent. À mesure que les plantes passaient de la terre nue à des tiges hautes et denses, le signal radar augmentait régulièrement, atteignant un sommet lorsque la culture était à son plein développement. Les chercheurs ont utilisé un indice spécifique, un calcul basé sur la façon dont le radar rebondissait sur les plantes, pour suivre cette croissance. Ils ont constaté que cet indice augmentait à mesure que la culture devenait luxuriante, puis chutait à nouveau lorsque les plantes séchaient et étaient récoltées, ne laissant derrière elles que les chaume ou les tiges liées. Cela leur a permis de déterminer précisément quand les cultures étaient prêtes à être coupées et quand les champs étaient vides.

Pour comprendre les plantes plus en détail, l'équipe a également utilisé un mode à haute résolution du satellite qui pouvait voir les champs individuels avec une clarté incroyable. Ils ont collecté des échantillons physiques sur le terrain, mesurant le poids des plantes et leur hauteur, et ont comparé ces chiffres aux données radar. Ils ont découvert que les nouveaux signaux radar étaient très sensibles à la quantité de matière végétale vivante, appelée biomasse, et à la surface foliaire, même lorsque les cultures étaient très denses. En décomposant le signal radar en différents types de rebonds, ils pouvaient faire la distinction entre la surface lisse d'un champ récolté, le double rebond qui se produit lorsqu'un signal frappe le sol puis une tige verticale, et le rebond de volume qui se produit lorsqu'un signal se diffuse à travers une canopée épaisse de feuilles. Ce niveau de détail signifiait qu'ils pouvaient non seulement voir qu'une culture était présente, mais aussi estimer quelle en était la quantité et quel était son état de santé, le tout sans poser le pied dans le champ.

L'étude a également porté son attention sur les jardins de thé de Palampur, une culture qui se comporte très différemment des céréales annuelles. Le thé est une plante pérenne, ce qui signifie qu'elle pousse année après année, et sa valeur dépend du moment de la cueillette des feuilles et des bourgeons les plus jeunes. Les chercheurs ont découvert que le radar pouvait détecter les moments spécifiques où les buissons étaient taillés et quand les feuilles étaient récoltées. Lorsque les théiers étaient taillés, le radar percevait un changement dans la structure des plantes, et à mesure que les nouvelles feuilles repoussaient, le signal changeait à nouveau. Ils ont observé que la présence d'arbres d'ombrage dans les jardins créait un signal constant, mais que les théiers eux-mêmes montraient des changements distincts selon qu'ils étaient en cours de récolte ou en phase de dormance hivernale. Les données ont révélé que la cueillette et la taille opportunes créaient des motifs spécifiques dans le retour radar, permettant de surveiller ces étapes économiques même pendant les fortes pluies de la mousson, une période où l'observation traditionnelle est presque impossible.

Les conclusions suggèrent que ce nouveau système satellitaire est un outil puissant pour la gestion de l'agriculture dans les régions où la météo obscurcit souvent la vue. Il s'est avéré capable de distinguer différents types de cultures, de suivre leurs stades de croissance avec précision et d'estimer leur condition physique. La capacité de voir à travers les nuages et le brouillard signifie que les agriculteurs et les planificateurs peuvent prendre des décisions basées sur des données en temps réel plutôt que sur des suppositions. Bien que l'étude se soit concentrée sur le riz, le millet et le thé, les méthodes développées ici ouvrent la voie à un avenir où le radar pourra surveiller une grande variété de cultures et de plantations, fournissant un œil continu et fiable sur l'approvisionnement alimentaire, quels que soient les conditions météorologiques.