Le suivi de l’évolution des cultures en utilisant l’indice NDVI

Dans un article précédent, nous avions suivi l’évolution des cultures dans le nord de Liège (Belgique). Nous avions récupéré les bandes visibles Sentinel-2 (4, 3, 2) à plusieurs dates. Ces bandes ont été combinées pour produire une scène en vraies couleurs, et ces scènes ont ensuite été assemblées pour créer une Série Temporelle. Avec ce document de base, nous pouvions suivre l’évolution des cultures couvrant la période du 01/05/2016 au 25/09/2016, en Vraies Couleurs.

Les bandes correspondant à la partie visible du spectre électromagnétique nous donne déjà des tonnes d’informations. Il est possible de voir où et quand les champs sont moissonnés, d’estimer le type de culture en se basant sur les calendriers des récoltes, et nous pouvons voir les nuances de vert au cours de la saison.

Les instruments des satellites de télédétection sont heureusement sensibles à plus de bandes que celles du visible – 13 dans le cas des données Sentinel-2. Ces données contiennent une quantité énorme d’informations qui n’attendent qu’à être exploitées.

Dans un autre article, nous avions évoqué le Normalized Differenced Vegetation Index (NDVI) qui utilise les bandes rouge et infrarouge (nir). Ayant des valeurs comprises en -1 et 1, l’indice reflète l’état de santé des plants, la vitalité, la verdure et la quantité de végétation. La scène couverte par la présentation de l’indice était celle du 8 septembre 2016.

Nous mettons ici en lumière nos réflexions sur l’apport des Séries Temporelles dans l’évolution de l’indice NDVI des parcelles au cours du temps.

Evolution du NDVI près de Liège (Belgique) en 2016

Evolution du NDVI près de Liège (Belgique) en 2016

Nous voyons que le NDVI croit constamment au cours de la saison. Plus les parcelles sont vertes dans la symbologie choisie, plus grand est l’indice, et donc aussi l’activité photosynthétique.

La première scène (01/05/2016) est notre point de départ. Remise dans son contexte, il faut savoir que la dernière quinzaine du mois d’avril montrait des températures anormalement basses. Les moyennes étaient celle d’un mois de mars et les cultures accuse dès lors un retard de croissance.

Nous pouvons déjà observer que les champs les plus verts, dans le document en vraies couleurs, ne sont pas forcément les plus actifs d’un point de vue photosynthétique. Voici un exemple frappant.

Les champs les plus verts (vraies couleurs) ne sont pas les plus actifs d’un point de vue photosynthétique

Les champs les plus verts (vraies couleurs) ne sont pas les plus actifs d’un point de vue photosynthétique

Voici un autre exemple une semaine plus tard.

Les champs les plus verts (vraies couleurs) ne sont pas les plus actifs d’un point de vue photosynthétique

Les champs les plus verts (vraies couleurs) ne sont pas les plus actifs d’un point de vue photosynthétique

Alors que les « couleurs » peuvent sembler pareilles dans les scènes en vraies couleurs et dans le NDVI, pouvons-nous dès lors supposer qu’il s’agit du même type de culture ? La conclusion est trop hâtive et ce point sera d’ailleurs discuté dans un article ultérieur. Des cultures différentes peuvent avoir les mêmes signatures et, par exemple, un type de culture à faible activité photosynthétique peut avoir la même signature qu’une autre culture à forte activité.

Début juillet, nous voyons que pour un rendu différent en vraies couleurs, nous avons les mêmes valeurs de NDVI. L’activité photosynthétique est la même alors que « vu l’espace », nous voyons clairement des différences.

Différentes cultures ayant le même NDVI

Différentes cultures ayant le même NDVI

S’agit-il de cultures différentes ayant la même activité ? Ou s’agit-il des mêmes types de culture mais à des moments d’évolution différent ? Des analyses plus poussées, in situ par exemple, doivent être effectuées pour s’en convaincre.

Le 16 août nous pouvons voir qu’un champ vert très foncé a un NDVI très faible. S’agit-il d’un champ « malade » ? Ou bien sommes-nous au tout début de la période de croissance ?

Un champ vert (varies couleurs) et ndvi faible: cultures “maladies”?

Un champ vert (varies couleurs) et ndvi faible: cultures “maladies”?

Le collage qui suit permet de suivre l’évolution de ce champ, et de son champ voisin. Le NDVI reste plutôt faible au cours du développement alors que celui du champ voisin ne cesse de croître. Est-ce que notre premier champ est malade? Ou peut mieux faire?

Evolution de NDVI au fil des saisons

Evolution de NDVI au fil des saisons

Le NDVI est un indicateur puissant traduisant l’activité photosynthétique. Il ne peut, cependant, pas être utilisé tout seul et l’interpréter avec un document en vraies couleurs n’est pas non plus suffisant. Il faut, tout d’abord, savoir de quels types de cultures il s’agit et avoir sous la main un calendrier des plantations et des récoltes agricoles. Des observations in situ nous paraissent nécessaires. Les Séries Temporelles montrant l’évolution du NDVI nous permet toutefois de suivre l’évolution de l’activité photosynthétique des cultures et de détecter des anormalités le plus tôt possible !


Quadratic se penche actuellement sur les problématiques rencontrées dans le secteur de l’agro-industrie et développe, pour ses clients et partenaires, des outils de monitoring en temps réel ainsi qu’un Outil d’Aide à la Décision (OAD) pour mieux gérer les opérations liées à la logistique sur ce secteur. A côté de la recherche de minimisation des coûts, Quadratic aide les agriculteurs à suivre l’évolution de leurs cultures en utilisant les produits issus du programme satellitaire Copernicus (Sentinel) initié par l’ESA et l’Union Européenne. La société est, d’ailleurs, membre de la Copernicus World Alliance (CWA) qui a pour mission le développement de synergies entre les organisations utilisant les services Copernicus.

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