Journée mondiale de la lutte contre la désertification et la sécheresse. Contribution de l'observation de la Terre, exemple au Darfour (Soudan)

Ces indicateurs ont été calculés par l'application MISBAR dans l'aire rectangulaire de couleur orange. Dans un contexte opérationnel, on s'intéressera à un ensemble de parcelles, jardins polyvalents, parc de reboisement, zone de mise en défens... L'image en arrière plan est une tuile Sentinel-2 observée le 22.05.2018 et restituée selon une composition colorée (moyen infrarouge, proche infrarouge, bleu). On observe la relation entre les précipitations et l'humidité de surface dont on peut déduire la perméabilité des sols et l'activité végétale.

Fig.2 est une autre représentation des mesures de Fig.1. Pour chacun des trois indicateurs, on superpose ici les valeurs d'une année sur l'autre pour permettre leur comparaison. On observe ainsi que l'humidité de surface, et dans une moindre mesure la végétation, ont été plus précoces en 2018. En revanche, la période humide a été moins étalée en 2020. Appliquées à des zones de cultures ou de reboisement, ces indications permettront d'anticiper les futurs rendements sous forme d'alertes précoces.

Dans les scènes Sentinel-2, les feux actifs et les aires brûlées apparaissent clairement dans les compositions colorées à base de bandes moyen-infrarouge et bleu (vue gauche de la Fig.3). Deux algorithmes originaux permettent de reconnaître automatiquement les feux actifs et les aires brûlées (vue droite de la Fig.3). Les géoservices développés par VisioTerra permettent de calculer les occurrences de feux actifs et la superficie des aires brûlées. Les traitements sont opérés dans les minutes suivant la mise à disposition par l'ESA des produits Sentinel. Les feux actifs peuvent en particulier motiver des alertes.

Les limites de la Grande Muraille Verte varient selon les organisations et au cours du temps. La limite figurant en vert dans la Fig.4 est celle utilisée par l'Agence Panafricaine de la Grande Muraille Verte (APGMV) en juin 2020. Nous nous intéressons ici à son intersection avec la region du Darfour dont les limites figurent en marron.
Les satellites Sentinel-3 embarquent des instruments optiques multispectraux (OLCI et SLSTR) et un altimètre (SRAL). Si la résolution spatiale est moyenne (taille des pixels de 300 m pour OLCI contre 10 m et 20 m pour Sentinel-2), la largeur de la fauchée est bien plus large (1270 km contre 290 km pour Sentinel-2). L'instrument OLCI permet de calculer un indice de végétation qui montre clairement les zones arides (en rouge) et le couvert végétal (en vert). La scène en arrière-plan est une composition colorée de l'acquisition à la même date impliquant des bandes visible et proche-infrarouge de OLCI combinées avec le moyen-infrarouge de SLSTR.

En combinant les bandes proche-infrarouge et moyen-infrarouge de l'instrument SLSTR de Sentinel-3, on peut produire un indice normalisé d'humidité de surface. La table de couleur utilisée indique en marron-brun les zones arides et en bleu les zones plus humides. Un suivi à moyenne échelle peut être assuré quasi-quotidiennement avec une largeur de fauchée de l'instrument de 1400 km au NADIR (vertical du satellite).

En cumulant les données de précipitations totales mensuelles (TP-M) de ERA5 produites par le Service Copernicus du Changement Climatique (C3S), on obtient les précipitations annuelles totales. L'image de fond d'écran rend compte de ces précipitations avec une échelle de couleurs allant du blanc (aucunes précipitations) au bleu sombre (2000 mm d'eau soit 2 mètres au total par an). Les courbes de niveau appelées isohyètes sont calculées au pas de 400 mm et utilisent une autre table de couleurs allant du bleu (précipitations faibles) au rouge (fortes précipitations) en passant par les couleurs de l'arc en ciel.

D'autres modèles de précipitations sont disponibles. Par exemple la NASA fournit des données issues du modèle IMERG (Integrated Multi-satellitE Retrievals) de sa collection GPM (Global Precipitation Measurement). Fig.7 est le rendu des précipitations mensuelles cumulées en 2020 qu'on peut comparer au modèle ERA5 en Fig.6. Historiquement, l'isohète 400 mm / an a servi à définir la limite de la Grande Muraille Verte (GMV) au sud du Sahara. La figure du bas montre cette isohyète issue du modèle GPM en 2015, 2016, 2017, 2018, 2019 et 2020. Dans cette partie de la GMV au Soudan, on constate un recul au nord des 3 dernières années 2018, 2019 et surtout 2020 qui est peut-être un signe du reverdissement du Sahel.
Note: Les calculs dans VtWeb sont faits à la volée, y compris la détermination des isohyètes. Ces calculs nécessitent plus de ressources rendant l'affichage en 2D et surtout en 3D plus lent.

On peut mesurer la répartition spatiale des précipitations dans une zone particulière. La Fig.8 montre pour les années 2016 à 2020 la moyenne, l'écart-type et le coefficient de variation des précipitations quotidiennes du modèle GPM IMERG au cours de chaque année. La moyenne met en évidence les parties les plus arrosées. L'écart-type mesure les variations des précipitations au cours de l'année. Le coefficient de variation mesure cette variance mais en neutralisant la quantité d'eau déversée. Ce coefficient mesure la dispersion temporelle des précipitations même dans les zones peu arrosées. Ses fortes valeurs au nord témoignent du caractère sporadique de précipitations peu abondantes.

Le satellite Sentinel-1 et son instrument radar C-SAR permettent d'observer la Terre à travers les nuages. Le signal rétrodifusé est influencé par l'occupation du sol (en particulier par la végétation) ainsi que par l'humidité de surface. On remarque que l'image acquise le 26 août 2020 en saison humide (colonne centrale) est plus lumineuse que celle acquise le 22 mai 2020 en saison sèche (colonne de gauche). Les encarts en haut à gauche et en haut au centre montrent les valeurs journalières des précipitation modélisées en 2020. Les repères rouges situent les deux dates d'observation des images radar par rapport à l'historique des précipitations. La composition colorée produite à partir de ces deux images radar utilise les deux polarisations de l'instrument C-SAR: -VV correspondant à la polarisation émise en verticale (V) et reçue en verticale portée sur les plans rouge et bleu (dominante magenta) et -VH correspondant à la polarisation émise en verticale et reçue en horizontal (H) portée sur le plan vert. En combinant les polarisations de ces deux images, on peut souligner la différence de couvert végétal et d'humidité de surface voire d'en déduire la capacité des sols et végétaux à retenir l'eau de surface. Les cartes de fond (mosaïque Sentinel-2 optique en couleurs naturelles à gauche, carte géologique au centre et carte des sols à droite) permettent de détecter des correlations entre l'imagerie radar et les autres couches.