Cet article fait partie du dossier : L'imagerie et les données satellitaires pour l'observation du territoire
Voir les 27 actualités liées à ce dossier
EO4Wetlands est l'un des deux projets portés par le Cerema labellisés par le Space Climate Observatory (SCO) France en 2022, avec Pleiades4UrbanFlood.
Croiser les images de différents satellites
Le projet Interreg Polder 2CS auquel participe le Cerema permet de mener des projets de recherche multidisciplinaires autour de la dépoldérisation sur le site Living Lab Hedwige-Prosperpolder (LLHPP), situé à la frontière néerlando-belge et rendu progressivement à la mer. Des dispositifs de retenue sont évalués, notamment celui de Cuirassier à l’expérimentation duquel le Cerema contribue, ainsi que les phénomènes de rupture de digues. D’autres travaux portent sur l’observation de la transformation du polder en zone humide.
Afin de mieux étudier l’évolution et le rôle des zones humides et des interfaces terre-mer, le Cerema pilote le projet EO4Wetlands, en partenariat avec la société Geomatys et le laboratoire de Mathématiques de l’INSA Rouen, avec la collaboration de Stowa (Fondation pour la recherche appliquée sur l'eau des Pays-Bas), le Département Mobilité et Travaux Publics de la région flamande en Belgique, le KU Leuven (Université Catholique de Louvain), France Digues et le GIP Seine Aval.
Le projet a pour objectif d’utiliser une combinaison des images de plusieurs satellites qui permettent d’estimer plus précisément certains paramètres comme la biomasse, les fonctions bio et géochimiques, la teneur en eau de la végétation et de la Zone Critique [1] :
- Sentinel-1 (images radar, temps de revisite de 5-6 jours),
- Sentinel-2 (images multispectrales, temps de revisite de 5-6 jours) pour suivre l'évolution des polders après la rupture des digues par l’observation de la végétation, via une classification basée sur l’occupation du sol développée par le Cerema.
- Sentinel-3 (images infrarouge thermique, temps de revisite 2 fois par jour) pour le suivi des températures de surface permettant d’identifier les zones en eaux.
- Landsat (images multispectrales et infrarouge thermique, temps de revisite de 14 jours).
Ces paramètres reposent sur :
- La classification des données visibles et proche infrarouge via le NDVI (indice de végétation, Normalized Difference Vegetation Index) et/ou le NWDI (indice d’humidité, Normalized Difference Water Index) ;
- Le suivi de la dynamique des zones humides due aux variations de la teneur en eau de la surface avec, par exemple, des données radar ;
- L'implémentation des données infrarouge thermique dans la classification existante comme les changements de la température de surface menant à l’estimation de la dynamique quotidienne des zones humides.
La méthodologie du projet suivra différentes étapes. Tout d’abord, les images Sentinel-2 serviront au développement d'une méthode de classification basée sur l'occupation du sol pour suivre l'évolution de la végétation à travers le temps et l'espace suite à la destruction de la digue. Ce volet se fera en collaboration avec le LMI. La nouvelle compréhension de l'évolution temporelle et spatiale de la végétation et de ses fonctions biogéochimiques fournira des informations qui pourront être appliquées à d'autres zones humides dans le monde.
Le temps de revisite élevé au-dessus du polder par le capteur SLSTR (Sea and Land Surface Temperature Radiometer) à bord de Sentinel-3A et 3B permettra l'étude de l'évolution diurne de la température de surface avec une résolution modérée de 100 m par pixel. Ceci donnera des informations indirectes sur l'humidité du sol en surface.
De plus, lors d'événements de crue et/ou de déferlement de la mer, l'évolution spatiale du front de mer pourra être délimitée grâce aux données de Sentinel -3 ou en utilisant une combinaison de Sentinel-1 et -3 en cas de conditions nuageuses. En effet, Le taux d’humidité dans le sol permettra notamment de comprendre la progression de l’humidité dans la zone. Grâce aux archives d’images de Landsat et de Sentinel-3, des études historiques pourront aussi être menées pour analyser l’évolution des zones humides en relation avec le changement climatique.
Vers un outil cartographique pour le suivi des zones humides
L'évolution spatiale de la végétation et de la température de surface permettra d'étudier les avantages et les inconvénients des méthodologies combinant les données satellitaires avec des images à très haute résolution spatiale obtenues avec des drones dans les spectres visible et infrarouge thermique. Afin de combler le fossé entre les échelles des drones et des satellites, nous nous appuierons sur:
- l'enregistrement in situ de la teneur en humidité et de la température de surface à des endroits spécifiques du polderLLHPP, afin de calibrer les données satellitaires et
- l'utilisation d'ECOSTRESS à bord de la station spatiale internationale (résolution spatiale de 70 m), qui pourrait jouer un rôle de pont entre Sentinel-3 et l’observation par drone dans l’infrarouge thermique.
Tous ces développements seront mis en commun par la mise au point d’un outil cartographique opérationnel pour la surveillance des zones humides, basé sur la reconnaissance automatique des changements d'état de surface à différentes échelles spatiales (satellitaire, par drone et in situ) et temporelles. Il sera destiné dans un premier temps aux gestionnaires de la zone dépoldérisée, qui apporteront leur retour d’expérience en tant qu’usagers. Il pourrait être utile à d’autres gestionnaires de milieux humides et testé avec des partenaires dans des régions différentes, par exemple en Camargue, dans le bassin du Rhône ou en Belgique, ainsi qu’à des gestionnaires d’ouvrages de protection (digues).
Ce projet est l’occasion d'observer l’action de la zone humide en tant que zone tampon pour faire face à l'impact de l'élévation du niveau de la mer dans le contexte du changement climatique ainsi que la restauration d’une vaste zone humide.
Pour le Cerema, les équipes de recherche ENDSUM (Evaluation Non Destructive des Structures et Matériaux) et le pôle satellitaire du Cerema (direction territoriale Occitanie) sont impliquées dans le projet.
Point d'étape en avril 2024
Une visite du site a été organisée en avril 2024 par le Cerema, le CNES et STOWA (Fondation néerlandaise pour la recherche appliquée sur l'eau), suivie d'un comité de pilotage à l'occasion duquel les avancées du projet ont été présentées. Suite à la démolition de digues en 2022, les marées qui affluent et refluent dans le polder ont laissé place à une végétalisation de type marais. Le retour naturel des eaux favorise la réappropriation des lieux par des espèces spécifiques aux zones humides ; oiseaux, rapaces, lapins… le processus de recolonisation est en bonne voie et ces observations viennent compléter les images et données satellitaires.
Le Cerema a montré le site de mesure où une sonde a été installée en novembre 2023 pour effectuer un suivi quasi continu de la température dans l’air ainsi que des notions de teneur en eau et des propriétés diélectriques (salinité) le long du profil du sol, à plusieurs intervalles de profondeur et de temps.
Lors du comité de pilotage, le Cerema a présenté les travaux réalisés. Grâce à une calibration entre les données satellitaires et les mesures in situ, les résultats à différentes échelles spatiales et temporelles ont été affinées sur plusieurs indicateurs:
- L’expertise de Cyrille Fauchard (Cerema) permet d’apporter une nouvelle dimension géophysique avec plusieurs aperçus sur la construction en 3D de levées et de profils de sol en utilisant diverses méthodes géophysiques. Cette approche est complémentaire des données hydrologiques et hydrauliques et peut fournir des informations pertinentes pour les gestionnaires de l'eau et des installations portuaires.
- Teodolina Lopez (Cerema) a présenté l’organisation et la répartition des tâches, les différentes sources de données satellites et leurs fonctions pour le projet.
- Rollin Gimenez (Cerema) a exposé les premiers résultats d’une approche générique de classification de la végétation basée sur les images satellites Sentinel-2 et l'IA. La méthodologie développée à partir d’images multispectrales permet le calcul d’indices spectraux sur des séries temporelles de différentes échelles et le regroupement des pixels selon leurs propriétés spectro-temporelles, en prenant en compte l’apériodicité des séries temporelles générées (due à une fréquente couverture nuageuse du site). Cette première étape d’inventaires automatisés atteinte, laisse désormais la place à l’intégration des données de température, d’humidité et de salinité des sols acquises. Il a précisé que "la salinité de la zone influence le type de végétation et sa densité. Il est donc important d’utiliser d’autres jeux de données, comme la donnée RaDAR (Sentinel-1) qui, couplés aux données de terrain fourniront d’autres niveaux d’informations, des indices de végétations, les typologies végétales, et la temporalité d’apparition de certains végétaux spécifiques des zones humides".
Par ailleurs, un jumeau numérique du polder est en construction par GEOMATYS, en intégrant notamment les données satellitaires.
En savoir plus :
Dans le dossier L'imagerie et les données satellitaires pour l'observation du territoire