BELSAR-Science : Le radar bi-statique pour combler le fossé en matière de télédétection agricole

#Webstory, #STEREO, #RADAR, #Agriculture

Publié le 8 septembre 2023

La technologie RADAR à synthèse d’ouverture (SAR), un puissant outil de télédétection pour la surveillance terrestre, nous permet d’acquérir des données rapidement et efficacement même en cas de mauvais temps et de couverture nuageuse. Cependant, les SAR “monostatiques” comme Sentinel-1 ont des limites. Ils ne peuvent en effet pas totalement capter les effets multi-dimensionnels ni exploiter les différentes géométries de restauration car ils sont composés d’un seul jeu de transmetteur, récepteur et antenne, ce qui limite leur capacité à correctement retranscrire les caractéristiques complexes des plantes et du sol que l’on trouve dans les zones agricoles.

Malgré ses avantages potentiels, les applications du SAR "bi-statique" en agriculture et en hydrologie n’ont pas été vraiment explorées. Une des raisons est le manque de données expérimentales combinant des données SAR bi-statique et des données de sol et de végétation collectées sur le terrain.

Constatant ce problème la Politique Scientifique fédérale (BELSPO) et l'Agence spatiale européenne (ESA) ont collaboré sur le projet BELSAR. Ce projet comportait 3 phases : l’acquisition des données (campagne BELSAR, 2016-2018), le travail scientifique (BELSAR-Science, 2019-2022), et la diffusion des résultats (BELSAR-Publication, 2022-2023). Le projet a acquis un jeu unique de données dont des données SAR mono et bi-statiques entièrement polarimétriques en bande L (autour de 23 cm de longueur d’onde) et un grand nombre de données de terrain relatives aux variables géophysiques de la végétation et du sol dans des cultures de maïs et de blé d’hiver. Toutes ces données ont été acquises en Belgique sur le site test BELAIR HESBANIA en 2018.

Système aéroporté SAR bi-statique monté sur 2 avions volant en tandem durant la campagne BELSAR.

Le projet BELSAR-Science, initié en 2019, a utilisé ces données en vue de développer la science du SAR (traitement SAR avancé) et les applications en détection de changement, en hydrologie (humidité du sol) et en agriculture (suivi des cultures). Quatre partenaires académiques - UCLouvain, UGand, le Centre Spatial de Liège et l’Ecole Royale Militaire – ont apporté leur expertise au projet en partenariat avec la société privée MetaSensing qui a réalisé la campagne aérienne.


Chercheur dans un champs de blé d’hiver durant la campagne BELSAR.	Chercheur préparant un échantillon de végétation qui sera séchée au four de manière à déterminer sa teneur en matière sèche durant la campagne BELSAR.

Tout au long du projet BELSAR-Science, des produits SAR interférométriques avancés ont été générés et ajoutés à cette importante base de données. Les chercheurs ont aussi évalué le potentiel du système bi-statique utilisé dans la campagne BELSAR et fourni des recommandations pour les futures missions de télédétection. Des algorithmes permettant l’estimation de l’humidité du sol et de l’indice de surface foliaire (ratio entre la surface foliaire et l’unité de surface de sol) ont aussi été développés et testés sur des cultures. Ces indices sont primordiaux dans le suivi des cultures et la prévision des rendements et pourraient donc fournir aux agriculteurs, aux administrations et aux consultants des données fiables, à moindre coût et presque en temps réel, le tout quelles que soient les conditions météorologiques.

La même scène acquise par la capteur aéroporté SAR utilisé dans la campagne BELSAR. Les images montrent 3 polarisations différentes ainsi que leur composition colorée Pauli RGB. Le SAR réagit aux caractéristiques de surface du sol telles que la structure et l’humidité, nous permettant de voir les scènes d’une manière différente des systèmes optiques. Ces images ont été acquises le 20 juin 2018.

Carte de l’indice de surface verte (ISV) d’un champs de maïs partiellement récolté (et sur lequel des données de terrain ont été récoltées) sur base des données aéroportées acquises le 26 août 2018. L’ISV (ratio entre la surface verte déterminante et la surface de terrain déterminante) est utilisé en agriculture pour évaluer le développement et la santé des plantes ainsi que les prévisions de rendement.

Rendre cette richesse de données accessible au public est aussi très important et pour ce faire l’équipe BELSAR a documenté celles-ci en détail dans un article scientifique en cours de révision. Ils ont aussi combiné les différentes sources de données de la campagne BELSAR comme les images SAR et les bases de données de sol et de la végétation dans une base de données unique, libre d’accès et prête à l’analyse. Cet ensemble de données promet de continuer à fournir des informations précieuses à l’avenir.