Valoriser les images satellites Landsat 8 en télédétection

Landsat 8 : qu’est-ce que c’est ?

Landsat 8 est le nom du 8ème satellite du programme spatial américain Landsat. Le satellite Landsat 8 a été lancé le 11 février 2013. 

Lancé par l’agence spatiale américaine au début des années 1970, la NASA, Landsat est un programme d’observation de la terre basé sur une constellation de 8 satellites.

Ce programme a été initié à la demande de l’Institut des études géologiques américain (USGS). Il est le premier destiné à des applications civiles (agriculture, utilisation des sols, gestion de l’habitat, etc…).

Landsat 8 est le premier satellite du programme Landsat à fournir des données brutes disponibles gratuitement et librement en temps réel.

le satellite Landsat 8 (source USGS / NASA Landsat)

Cependant, à l’image des données Sentinel 2 (issues du programme Copernicus de son homologue européen l’ESA), il n’est pas facile pour un agriculteur de se procurer des images satellites Landsat 8 pour faire son suivi de cultures.

En effet, cela nécessite de faire une demande auprès de l’USDA, le ministère de l’agriculture américain pour chaque image désirée. Le délai de traitement des demandes étant généralement long (plusieurs semaines). Et les agriculteurs disposent rarement des connaissances et des techniques pour valoriser ces données landsat seuls.

C’est pourquoi nous avons décidé de simplifier l’accès à ces données avec Spotifarm en les intégrant dans nos modèles numériques.

Quelles sont les caractéristiques du satellite Landsat 8 ?

Le satellite Landsat 8 effectue un survol de la terre à 705 km. Il suit une orbite héliosynchrone et collecte des images de la surface terrestre tous les 16 jours. Chaque image couvre une surface de 185 km2.

Landsat 8 compte 11 bandes spectrales :

• 9 bandes spectrales dans le visible, dont 8 bandes multispectrales d’une résolution de 30 mètres et 1 panchromatique à 15 m
• 2 bandes spectrales thermiques d’une résolution de 60 m

Pourquoi intégrer les données de teledetection de Landsat8 dans Spotifarm ?

Spotifarm fournit des images Landsat 8 à ses utilisateurs pour :

• Augmenter la fréquence d’images pour un meilleur suivi des cultures
• Faciliter l’accès à la technologie de télédétection aux agriculteurs

La télédétection spatiale pour l’observation des terres agricoles passe généralement par des capteurs optiques dont on va interpréter la longueur d'onde.

L’acquisition des données et leur interprétation pour l’agriculture peuvent être perturbée par la présence de nuages (directement ou via leurs ombres).

Or, la couverture nuageuse varie fortement pendant une même journée et d’un jour à l’autre.

Impact de de la couverture nuageuse sur le calcul d'indice de végétation

Donc plus on augmente la fréquence d’acquisition d’images, plus l’agriculteur dispose d’images de ses parcelles. C'est pourquoi nous utilisons ce nouveau satellite en orbite autour de la Terre.

En intégrant les images Landsat 8 en plus des données Sentinel 2 sur Spotifarm, nous permettons aux agriculteurs d’avoir jusqu’à 5,2 photos de leurs champs en 10 jours selon la localisation des parcelles (contre 2 à 4 avec Sentinel uniquement).

Une augmentation de 30 %
du nombre d'images disponibles

 

Landsat 8 vs Sentinel 2 

Les satellites Landsat8 et Sentinel2 sont très complémentaires. Ce qui permet une couverture spatiale maximale pour la France.

Sentinel 2

• 2 satellites en orbite héliosynchrones, donc des horaires de passage fixes
• 1 passage tous les 10 jours par satellite
• Résolution de 10 m
• Soit 1 passage tous les 5 jours minimum et 2 passages tous les 5 jours pour les bandes recoupement

Landsat 8

• 1 satellite en orbite héliosynchrone
• Une orbite différente de Sentinel, avec des horaires de survols fixes mais différents de Sentinel.
• Résolution de 30 m
• Un passage tous les 16 jours et 1 passage tous les 8 jours dans les bandes de recoupement

Même si le passage à lieu le même jour il y a plus de chance d'avoir une image exploitable

 Couverture au sol des prises de vues du satellite Landsat 8.
Les bandes foncées représentent un recoupement entre deux bandes d’acquisition, soit une image tous les 8 jours

Couverture au sol des prises de vues du satellite Sentinel 2.
Les bandes foncées représentent un recoupement entre deux bandes d’acquisition, soit deux images tous les 5 jours

En superposant ces deux cartes, on constate qu'on peut atteindre jusqu'à 4 passages de satellite en 8 jours au dessus de certaines parcelles.

90% du territoire français présente une augmentation d'image par rapport à la couverture Sentinel 2 uniquement.

Outre la fréquence d’acquisition des données satellite, Landsat et Sentinel2 embarquent des capteurs optiques différents. Les données captées se situent dans des franges d’ondes de longueurs différentes

Schéma des différentes bandes du spectre électromagnétique détectées par les capteurs des satellites Sentinel 2 et Landsat 8

Spotifarm harmonise ces sources de données de différentes en appliquant des coefficients correcteurs afin que l’indice de végétation reste unique et cohérent.

Pour cela, nous utilisons le procédé d'interpolation bicubique pour harmoniser et lisser le rendu  issus de sources de données différentes.

Ce procédé permet de déterminer, à l'aide de fonctions polynomiales, des pixels intermédiaires entre 2 pixels donnés. Il prend en compte l'influence des pixels en fonction de leur éloignement au pixel recherché. Pour une meilleure représentation de la réalité terrain.

Concrètement, quel intérêt pour l’agriculteur ?

L’agriculteur va pouvoir réaliser une meilleure surveillance de ses cultures car il dispose désormais de plus d’images. Notamment sur les périodes critiques en automne pour surveiller la levée des céréales et du colza. Ou bien en sortie d’hiver pour réaliser ses apports d’engrais et établir des cartes de modulation.

Exemple 1 : des images satellites plus fréquentes

On peut observer sur la parcelle entourée figurant sur les images ci-dessous la présence d'un nuage sur l’image de gauche, qui date du 30/07/20

L’image de droite prise en date du 31/07/2020 en présente pas de nuages.

L’indice de végétation est rendu exploitable dès le lendemain pour l’agriculteur grâce à Landsat8 Exemple 2 : un suivi cultural plus précis

Autre exemple aux mêmes dates sur une autre parcelle de luzerne.

On peut observer du jour au lendemain une baisse de végétation significative, indiquant que l’ETA a bien fauché la luzerne le 30/07

Pour en savoir plus :