Cartographie de produits biophysiques pour le suivi de la végétation sur la France à 20m de résolution

À l’heure du changement climatique et des défis de la sécurité alimentaire mondiale, Le CNES et l’INRAE annoncent avec joie la publication de la cartographie de produits biophysiques de la végétation  pour une compréhension dynamique des écosystèmes français, obtenue grâce au satellite SENTINEL-2.  Ces produits biophysiques clés en main complètent  l’offre de la SNAP Toolbox de l’agence spatiale européenne qui permettait jusqu’ici de traiter un ou des images acquises par le satellite et fournir les produits correspondant.

Un enjeu scientifique et environnemental essentiel

La cartographie globale et régulière de variables biophysiques de la végétation — telles que le LAI (Leaf Area Index), le fAPAR (fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation), la fraction de couverture végétale et le contenu en chlorophylle — constitue un pilier de l’observation de la Terre par satellite. Ces paramètres décrivent l’état, la structure et le fonctionnement des écosystèmes terrestres, et sont essentiels pour comprendre les interactions entre biosphère, climat et activités humaines.

• Le LAI (Indice de Surface Foliaire) : défini comme la surface foliaire verte unilatérale par unité de surface de sol, m²/m², il est le paramètre clé pour quantifier les échanges d’eau et de carbone.
• Le fAPAR : (fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation) mesure la capacité d’interception du flux de lumière incident dans la bande 400-700nm et utilisé pour la photosynthèse. Il indique l’efficacité avec laquelle la végétation absorbe l’énergie solaire.
• La Fraction de Couverture (FVC) : décrit la partition entre le sol nu et la végétation en visée verticale. Elle permet en particulier de  discriminer précisément la contribution de l’évaporation directe du sol nu de celle de la transpiration cuticulaire et stomatale de la biomasse végétale au sein du bilan d’évapotranspiration totale .
• Le Contenu en Chlorophylle du couvert végétal (CCC) : est un révélateur de l’état physiologique de la végatation, en particulier en relation au stress azoté

Une approche scientifique robuste

L’approche scientifique est basée sur l’utilisation de l’apprentissage machine à partir de simulations réalisées grâce au modèle de transfert radiatif de la végétation PROSAIL, couplant les modèles PROSPECT (simulation des propriétés optiques des feuilles) et SAIL (prise en compte de l’architecture du couvert et des propriétés optiques du sol). Cette approche a été largement validée par la communauté scientifique et déjà proposée pour des produits opérationnels à moyenne résolution spatiale (300m-km).

Applications et perspectives

Le LAI, comme le fAPAR sont considérés comme des Variables Essentielles du Climat (ECVs) par l’organisation mondiale de la météorologie et de l’Agriculture (EAVs) par GEOGLAM (Group on Earth Observations Global Agricultural Monitoring Initiative). Avec le FVC et le CC, ce sont des indicateurs biophysiques indispensables pour

• évaluer la capacité des forêts et des cultures à agir comme des puits de carbone (production primaire et rendement), une donnée vitale pour le suivi des accords sur le climat.
• Détecter les changements environnementaux et les perturbations (déforestation, dégradation des écosystèmes, sécheresses et stress, impact des incendies sur la végétation)
• Suivre l’état des cultures, alimenter les outils d’aide à la décision pour une fertilisation et une irrigation raisonnées, estimer les rendements agricoles (sécurité alimentaire)

Les produits sont générés aux dates d’acquisition de SENTINEL-2. Les travaux futurs visent à améliorer l’algorithme (domaine de validité, stabilité temporelle) ainsis qu’à la production de séries temporelles régulières.

Les produits constituant cette cartographie sont disponibles sur la France entière. Ils sont tuilés selon la même grille que les produits Sentinel2.

Afin de limiter la volumétrie, ces produits sont distribués avec des valeurs entières réparties entre 0 et 255 (UInt8). Afin de retrouver les valeurs physiques flottantes, il faut appliquer les valeurs de gain et d’offset, renseignés dans les entêtes de tous les fichiers tif.

Chacune des variables est associée à un masque de qualité, indiquant la confiance dans la valeur estimée de la variable. Cette confiance est issue d’un masque d’occupation des sols. La confiance est codée avec des valeurs entières entre 1 et 4, 1 étant une confiance faible dans l’estimation et 4 ayant une confiance élevée.

Ces travaux s’intègrent dans le CES Occupation des terres CES Occupation des terres – Data Terra | THEIA du pôle THEIA.

Un grand bravo à tous pour cette belle réalisation après des années d’efforts. N’hésitez pas à aller découvrir ces nouveaux produits sur la plateforme GEODES du CNES !