Les données satellitaires sont devenues un outil indispensable pour suivre la désertification et la dégradation des terres aux échelles mondiale, régionale et locale.En fournissant des observations cohérentes, synoptiques et répétables de la surface de la Terre, les capteurs satellitaires permettent aux scientifiques, aux décideurs et aux gestionnaires des terres de suivre les changements dans le couvert terrestre, la productivité de la végétation, l'humidité des sols et d'autres indicateurs critiques au fil du temps.

Comprendre la désertification et la dégradation des terres

La désertification est définie par la Convention des Nations Unies sur la lutte contre la désertification comme la dégradation des terres dans les zones arides, semi-arides et subhumides sèches, qui résulte de divers facteurs, notamment des variations climatiques et des activités humaines.C'est un processus qui réduit la productivité biologique ou économique des terres arides, transformant les terres une fois productives en conditions désertiques.La dégradation des terres, plus largement, se réfère à la baisse de la qualité des ressources foncières - sol, eau, végétation et biodiversité - causée à la fois par des processus naturels et des actions humaines telles que le déboisement, le surpâturage, l'agriculture non durable et l'urbanisation.

Ces processus ont de profondes conséquences: réduction de la sécurité alimentaire, perte de la biodiversité, augmentation de la pauvreté, migration forcée et vulnérabilité accrue aux changements climatiques. Selon la Convention, jusqu'à 40 % de la superficie terrestre mondiale est dégradée, ce qui affecte directement la vie de plus de 3,2 milliards de personnes.

Technologies satellitaires pour la surveillance des terres

On utilise divers capteurs satellites, chacun ayant des capacités distinctes, pour surveiller les conditions de surface terrestre. Ces technologies peuvent être généralement classées en systèmes passifs (optiques, thermiques) et actifs (radar, lidar). Le choix du capteur dépend de l'indicateur spécifique mesuré (p. ex., la verdure de la végétation, l'humidité du sol, la rugosité de la surface) et de la résolution spatiale et temporelle requise.

Satellites optiques

Les indices de végétation dense et saine semblent brillants dans le RIN et dans le rouge, produisant des valeurs élevées de VNDVI; la végétation dégradée ou clairsemée donne de faibles valeurs. La série Landsat (USGS/NASA) et la constellation Copernicus Sentinel-2 (Agence spatiale européenne) fournissent des images optiques à résolution moyenne (10 à 30 m) avec des temps de revisualisation fréquents (tous les 5 à 10 jours), ce qui les rend idéales pour surveiller les changements de couverture terrestre au fil des années à des décennies.

D'autres capteurs optiques comprennent le spectroradiomètre à résolution modérée (MODIS) sur les satellites Terra et Aqua de la NASA, qui offre une couverture mondiale quotidienne à une résolution de 250 à 1000 m, adapté au suivi des tendances à grande échelle, et les satellites commerciaux à haute résolution comme WorldView-3 et la constellation de la colombe de Planet qui peuvent résoudre les changements à des échelles de 3 mètres pour des évaluations locales.

Satellites radar

Contrairement aux capteurs optiques, le radar peut pénétrer dans les nuages, la fumée et l'obscurité, ce qui le rend inestimable dans les régions ennuagées et pour observer les changements rapides après les précipitations. Les données radar sont sensibles à la rugosité de la surface, à l'humidité du sol et à la structure de la végétation. Par exemple, la mission Copernic Sentinel-1 (C-band SAR) fournit des images fréquentes utiles pour détecter les caractéristiques d'érosion du sol, surveiller les changements de la couverture terrestre et cartographier les profils d'inondation.

Capteurs thermiques et hyperspectraux

Les capteurs thermiques mesurent la température de surface, ce qui peut indiquer le stress hydrique du sol, les taux d'évaporation et les effets de la chaleur urbaine sur les îles en raison du changement de la couverture terrestre. L'instrument ECOSTRESS de la Station spatiale internationale fournit des données thermiques à haute résolution. Les capteurs hyperspectraux capturent des dizaines à des centaines de bandes spectrales étroites, permettant d'identifier des minéraux, des types de sol et des signatures de stress végétal spécifiques.

Principales applications des données satellitaires

La surveillance par satellite permet de mettre en œuvre un large éventail d ' applications dans le domaine de la désertification et de l ' évaluation de la dégradation des terres, qui permettent de détecter les signes d ' alerte précoce, de quantifier les taux de dégradation et d ' orienter les pratiques de gestion durable des terres.

Surveillance de la végétation Couverture et santé

Les changements de couverture végétale sont parmi les indicateurs les plus directs de la dégradation des terres. Les séries chronologiques à long terme de NDVI de l'AVHRR et du MODIS, combinées aux données Landsat et Sentinel-2, permettent de détecter les tendances de verdissement ou de brunissement, les changements de phénologie de la végétation et les changements brusques dus à la sécheresse ou à l'activité humaine.

Évaluation de l'érosion du sol et du transport des sédiments

L'érosion des sols, une forme primaire de dégradation des terres, peut être surveillée par des changements dans la rugosité des sols, la formation de ravines et le transport des sédiments dans les systèmes fluviaux. L'imagerie optique et radar à haute résolution peut détecter des caractéristiques d'érosion active telles que les forages, les ravines et l'érosion des feuilles.

Détection des changements dans l'utilisation des terres et la couverture des terres

La classification par satellite de la couverture terrestre, en utilisant la classification par apprentissage automatique de l'imagerie multispectrale, fournit des cartes des zones forestières, des prairies, des terres cultivées et des agglomérations à diverses échelles. Les algorithmes de détection des changements (par exemple, l'ensemble de données sur les changements forestiers mondiaux de Landsat) permettent de déterminer quand et où se produisent les conversions.

Cartographie des zones touchées et des zones à risque

Les données satellitaires permettent de produire des cartes des risques de désertification et de dégradation des terres en intégrant les indices de végétation, l'humidité du sol, la couverture des sols et les variables topographiques. Le Système mondial d'information sur la dégradation des terres (GLADIS) produit par l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO) utilise des données satellitaires pour créer des indicateurs de l'état et des tendances de la dégradation des terres.

Études de cas et initiatives mondiales

Des exemples concrets illustrent comment les données satellitaires sont appliquées pour lutter contre la désertification et la dégradation des terres sur le terrain.

Surveillance de la région du Sahel

La région du Sahel, qui s'étend du Sénégal à l'Éthiopie, a connu des décennies de sécheresse et de désertification. Les séries chronologiques des années 1980 montrent un tableau complexe : certaines zones (comme le Sahel central) sont en voie de verdissement en raison de précipitations accrues, tandis que d'autres restent dégradées en raison de la surpâturation et de l'exploitation agricole non durable.

Le plateau chinois de Loess

Le plateau de Loess, situé dans le centre de la Chine, qui est l'un des paysages les plus érodés de la planète, a connu un vaste programme de restauration écologique à partir des années 1990. L'imagerie satellitaire (Landsat) a documenté le passage d'une végétation clairsemée à une couverture forestière et herbacée étendue, les tendances de l'IVND montrant un remarquable patron de brunissement à l'époque du vert.

Déclaration mondiale pour la neutralité de la dégradation des terres

L'indicateur 15.3.1 des mesures des objectifs de développement durable de l'ONU ∙ La proportion de terres dégradées sur l'ensemble de la superficie terrestre. ∙ Le cadre global d'indicateurs repose sur trois sous-indicateurs: le changement de la couverture terrestre, la productivité des terres (tirées des séries chronologiques NDVI du satellite) et les stocks de carbone organique du sol (modifiés à l'aide de données satellitaires).

Défis et limites

Malgré son potentiel de transformation, la surveillance par satellite de la désertification et de la dégradation des sols se heurte à plusieurs défis techniques et opérationnels.

Contraintes de résolution spatiale et temporelle

Les capteurs à résolution grossière (p. ex. MODIS, 250 m–1 km) peuvent manquer de processus de dégradation à petite échelle qui se produisent au niveau du champ ou du village. Les satellites à haute résolution (sous-mètre à 10 m) fournissent des détails, mais ont une largeur de bande limitée et des temps de révision plus longs, ce qui rend difficile la capture de changements rapides.

Couverture nuageuse et lacunes persistantes

L'imagerie optique est obstruée par les nuages, qui sont répandus dans de nombreuses régions arides pendant les saisons de pluie. Cela peut créer des lacunes de données qui perturbent les analyses de séries chronologiques. Les capteurs radar ne sont pas affectés par les nuages, mais leur interprétation est plus complexe et ils ne sont pas disponibles à la même résolution spatiale que les capteurs optiques pour de nombreux enregistrements historiques.

Interprétation et validation

Les signaux satellitaires répondent à de multiples facteurs environnementaux; par exemple, une baisse de l'IVDN pourrait être attribuable à la sécheresse, aux maladies, aux incendies ou au défrichement des terres, chacun nécessitant des réponses de gestion différentes.Les données de la vérité au sol (enquêtes sur le terrain, échantillons de sol, mesures de la biomasse végétale) sont essentielles pour étalonner et valider les indicateurs dérivés des satellites.

Accès aux données et renforcement des capacités

Bien que de nombreuses archives de données satellitaires (par exemple Landsat, Sentinel) soient libres et ouvertes, le traitement et l'analyse de grandes quantités d'images nécessitent des ressources informatiques, des compétences techniques et des outils logiciels.Les pays en développement les plus vulnérables à la désertification manquent souvent de l'infrastructure et du personnel formé pour exploiter pleinement ces ressources.

Orientations futures et technologies émergentes

La prochaine décennie promet des progrès importants dans la surveillance par satellite de la désertification et de la dégradation des terres, grâce à de nouvelles missions, à des algorithmes améliorés et à des plateformes de données collaboratives.

Intelligence artificielle et apprentissage automatique

Les techniques d'apprentissage approfondi sont de plus en plus utilisées pour la classification automatique de la couverture terrestre, la détection des changements et l'extraction des caractéristiques (p. ex. cartographie des ravins ou des arbres). L'IA peut aussi fusionner des données provenant de plusieurs capteurs satellites et des observations in situ pour créer des indicateurs de dégradation plus robustes.

Constellations à haute résolution et surveillance en temps quasi réel

Les constellations de petits satellites (p. ex., les tourterelles de planète ou la mission de couverture terrestre à haute résolution de l'ESA Copernicus) fournissent des images quotidiennes ou sous-journalières à une résolution de 3 à 5 mètres, ce qui permet de détecter en temps quasi réel les changements de couverture terrestre, comme la déforestation ou l'expansion des terres cultivées.

Intégration aux données in situ et aux données modèles

Les progrès réalisés dans l'assimilation des données satellitaires aux modèles du système terrestre permettent une meilleure estimation de l'humidité du sol, des stocks de carbone et des flux de surface terrestre. La mission NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar (NISAR)[, qui doit être lancée en 2024, cartographiera les changements de surface terrestre à l'échelle mondiale tous les 12 jours avec une haute résolution, mesurant l'humidité du sol et la déformation.

Cubes de données ouverts et plateformes collaboratives

Les plateformes comme le cube de données Landsat d'observation et de science des ressources terrestres (EROS) et l'initiative Open Data Cube permettent aux utilisateurs de consulter et d'analyser de grandes archives sans télécharger de fichiers massifs. Les plateformes collaboratives comme le laboratoire Global Land Analysis & Discovery (GLAD) fournissent des produits de dégradation pré-traités pour les rapports nationaux, d'autant plus que l'accès est démocratisant.

Conclusion

Depuis les premiers jours de l'AVHRR NDVI jusqu'aux constellations intégrées Copernic, Landsat et commerciales d'aujourd'hui, la technologie continue d'améliorer la résolution spatiale, temporelle et spectrale. Les applications clés dans la surveillance de la végétation, l'évaluation de l'érosion des sols, la détection des changements d'utilisation des terres et la cartographie des risques sont désormais à l'origine des cadres nationaux et mondiaux de notification, y compris les ODD et les objectifs de la Convention. Néanmoins, les défis liés à la résolution, aux lacunes dans les nuages, à la complexité de l'interprétation et au renforcement des capacités persistent.