Colloque « Espace et éducation »

L'espace au service d'une agriculture durable

Michel Gay, laboratoire de télédétection et de gestion des territoires, École supérieure d'agriculture de Purpan

Introduction

Les données d'observation de la Terre ont, dès leur origine (1972), joué un rôle considérable dans la gestion de l'agriculture et la production agricole. Cela reste, avec la cartographie et la défense, le marché récurrent de l'imagerie satellitaire.

Entre la période des premiers Landsat et aujourd'hui, la disponibilité des plateformes et des capteurs permet de couvrir un très large spectre de résolution spatiale, spectrale et temporelle. L'une des premières applications fut la cartographie d'occupation des sols. Cette application perdure aujourd'hui encore. Si on analyse le marché de l'utilisation des images, on constate qu'avant 1986, près de 50 % des images étaient utilisées pour l'agriculture. À partir des satellites Spot et avec l'amélioration de la résolution spatiale, l'utilisation des données pour l'agriculture a baissé, mais actuellement, plus de 30 % des images sont encore utilisées pour l'agriculture au sens large (production agricole, forêt et gestion de l'eau).

Il est intéressant d'observer que l'évolution est d'abord de nature scientifique et technologique (de nouveaux outils, de nouveaux moyens), même si ces produits ne répondent pas forcément à un besoin immédiat des gestionnaires de l'agriculture. Mais on assiste maintenant à l'appropriation de cette technologie par les utilisateurs. L'étape ultime est probablement l'introduction de l'usage de cette technologie dans la réglementation (cas de la réforme de la politique agricole commune de 1992), avec l'introduction de l'usage de la télédétection dans le contrôle des déclarations des agriculteurs.

Dans cette présentation, nous proposons de considérer l'utilisation de la télédétection satellitaire dans un contexte d'agriculture durable et pour cela, nous envisageons de développer deux exemples, caractérisés par deux échelles de travail très différentes : l'agriculture de précision et la sécurité alimentaire.

Télédétection et agriculture durable

Le concept d'"agriculture durable"

Le développement durable correspond à un type de développement répondant aux besoins du présent, sans compromettre la capacité des générations futures de répondre aux leurs (voir rapport Brundtland, http://www.agora21.org/dd.html). En France, la loi d'orientation agricole (LOA), votée en juillet 1999, redéfinit les missions de l'agriculture en prenant en compte le développement durable sous ses trois dimensions : économique, sociale et environnementale. Son ambition est de permettre une réorientation de l'agriculture vers des objectifs de production de qualité, d'aménagement du territoire, d'entretien de l'espace, de protection des ressources naturelles et de contribution à l'emploi rural.

Pour l'Union européenne, ce concept de développement durable est complètement inscrit dans l'évolution de la Pac. Il est intéressant de considérer que nous sommes passés d'une situation d'insuffisance alimentaire en Europe (en 1960 elle importait jusqu'à 30 % des principaux produits), à une situation excédentaire (en 1990) dans la majorité des produits agricoles cultivés en milieu tempéré.

La Pac a donc évolué d'une politique de soutien à l'agriculture dans un souci de sécurité alimentaire (mécanisme de soutien des prix des productions) à une situation d'aide directe à la production. On peut alors organiser une réglementation dans laquelle toutes les problématiques liées à la protection de l'environnement et à la conservation des paysages jouent un rôle important.

Malheureusement, cette préoccupation est encore propre aux pays riches. Les pays en développement ont d'autres préoccupations, notamment la sécurité alimentaire 1 . Au niveau de la planète, 850 millions d'habitants ne sont pas en situation de sécurité alimentaire. Au niveau mondial, les besoins essentiels de quantité d'habitants des pays en développement ne sont pas satisfaits (besoin de se nourrir, de se loger, de se vêtir, de travailler…). Ces gens aspirent aussi, bien évidemment, à une amélioration de leur qualité de vie. Le développement durable nécessite une croissance économique là où les besoins essentiels ne sont pas satisfaits (voir rapport Brundtland, chapitre II, http://www.agora21.org/dd/rapport-brundtland.html).

De fait, seulement 30 pays sur 180 n'ont pas vraiment de problème de sécurité alimentaire. Le développement durable passe en priorité par une problématique de sécurité alimentaire. En effet, notre planète Terre est un système dont les ressources sont finies (énergie, eau, terres cultivables…) alors que la demande (des populations) est toujours en croissance.

Rôle de la télédétection et des systèmes à information générale (Sig)

Le développement durable d'un pays est largement dépendant d'une exploration judicieuse et d'une utilisation optimale de ses différentes ressources naturelles.

Les techniques conventionnelles ont été utilisées pendant longtemps pour atteindre ce but, mais leurs résultats sont le plus souvent insuffisants 2 .

Les techniques de télédétection, qui permettent une vision synoptique de la planète, ont été employées avec succès pour obtenir une meilleure connaissance de nombreux processus naturels et des produits qui en résultent. Cela prouve que cette technique est un outil viable pour le développement de l'usage des ressources naturelles. La télédétection présente trois caractéristiques :

  • objectivité : la télédétection permet des mesures de grandeurs physiques (réflectances, émissions, etc.) que l'on peut calibrer et qui vont permettre d'accéder à des données, sans le caractère subjectif lié à celui qui les collecte ;
  • reproductibilité : les satellites tournent autour de la Terre depuis les années soixante et les images qu'ils fournissent permettent d'observer comment la Terre réagit par
    rapport aux décisions humaines qui sont mises en œuvre ;
  • accessibilité : aucun territoire n'échappe à la vision du satellite.

Cependant, à elle seule, la télédétection ne permet pas d'apporter toutes les données nécessaires. Elle n'est qu'un élément qui sera intégré dans un système d'information géographique. En effet, pour la planification du développement, il est impératif d'intégrer les différentes données disponibles provenant de différentes sources, souvent à des échelles d'acquisition, des formats et des projections différents. Les systèmes d'information géographique combinent tous ces types de données, y compris les données de télédétection, pour fournir une complétude à l'analyse de l'environnement.

L'usage combiné des Sig et des systèmes de traitement des images numériques fournit des moyens intéressants pour l'évaluation des ressources naturelles, la gestion de l'environnement et la prévision des accidents, sur de grandes surfaces, avec une précision acceptable. Il est alors possible de construire des modèles prédictifs ouvrant un large champ à l'usage des outils de simulation, nécessaires aux décideurs et responsables de la gestion des territoires.

Agriculture de précision et développement durable

L'agriculteur des pays développés est confronté à un double jeu de contraintes. D'une part, il s'organise dans une logique économique libérale dans laquelle le prix des denrées qu'il produit s'inscrit dans une optique de marché. D'autre part, la prise Espace et éducation

Problématique et besoins

L'agriculteur sait, de tout temps, que les parcelles agricoles ne sont pas des milieux homogènes et que le même apport d'un intrant n'a pas forcément le même effet en tout lieu de la parcelle. Avoir une attitude d'agriculture durable, c'est dans ce cas, être capable d'effectuer l'apport d'un intrant à la bonne dose, au bon endroit et au bon moment.

C'est la définition même de l'agriculture de précision que de se fonder sur la prise en compte de la variabilité qui existe au sein d'une parcelle pour fractionner les apports dont la quantité est optimisée. Jusque dans les années 1990-1995, il s'agissait d'un concept très théorique dans la mesure où l'on ne disposait pas des outils et de la technologie pour effectuer cette mesure de la variabilité intraparcellaire.

Le principe de l'agriculture de précision peut s'illustrer à travers une carte de rendement issue d'une moissonneuse-batteuse qui a été équipée d'un système de positionnement par satellite et d'un capteur de rendement. Le système permet de mesurer le volume récolté à intervalles réguliers. Chaque mesure est représentée par un pixel de couleur.


© Cnes.

L'ensemble de ces pixels forme, in fine, une carte de variabilité, à partir de laquelle on peut calculer une moyenne de rendement et déterminer des zones plus ou moins rentables.

La notion de "maîtrise de la variabilité" s'inscrit dans un cercle vertueux. Premièrement, il faut pouvoir se positionner dans la parcelle. Cela induit de travailler avec le GPS, en système différentiel ou non, avec un niveau de précision de 5 mètres au minimum. Une fois que l'on a réussi à se positionner, il est possible de collecter des données (analyses de sols, mesures sur les plantes, etc.). À partir de là, ces données sont transformées en information. Il s'agit de les intégrer dans des modèles. Il faut donc disposer d'outils de modélisation. Enfin, une fois que l'on a décidé des intrants à apporter, il faut pouvoir les répartir sur la parcelle, avec les bonnes proportions et dans les zones retenues.

L'agriculture de précision permet donc de mieux connaître les parcelles, leur variabilité et leur potentiel. En outre, l'agriculture de précision permet de réduire les coûts des intrants dans la production en grande culture, en déterminant quels sont les bons produits à injecter au bon moment et avec les bonnes doses. Économiquement, l'agriculture de précision permet d'améliorer la productivité (même volume produit, mais à un coût moindre).

Apport de la technologie

Le développement de l'agriculture de précision s'organise autour de la capacité dont on dispose pour mesurer la variabilité intraparcellaire : variabilité du potentiel de production (les sols), des apports effectués (intrants), de la production finale (rendement).

L'outil de base de l'agriculture de précision est le GPS (système de positionnement global), dont le niveau de précision est maintenant cohérent avec les outils de travaux du sol. Il permet d'organiser une collecte géographiquement positionnée des données nécessaires à une prise de décision dans les différentes étapes de l'itinéraire technique d'une culture.


© Cnes.

Mais la donnée doit à un moment être transformée en information : quelle quantité d'intrants faut-il apporter et à quel endroit de la parcelle ? Cette relation n'étant pas directe, elle s'inscrit dans une modélisation du comportement des cultures. Le besoin en azote, en eau, devenant alors une des sorties du modèle.

On peut ainsi résumer ce concept d'agriculture de précision dans une sorte de "cercle vertueux".

Intégration de la télédétection

Deux aspects sont à considérer dans l'utilisation de la télédétection en agriculture de précision :

  • l'image est un produit à dimension spatiale ; l'image est une matrice de points, dont chaque pixel est porteur d'une information localisée du comportement de la culture ;
  • la mesure de télédétection peut être, pratiquement directement, rattachée au comportement des cultures en termes de biomasse produite (indice de surface foliaire, par exemple).

Ces deux caractéristiques font de la télédétection, un produit potentiellement performant pour fournir les données nécessaires à la prise de décision en agriculture de précision. Il n'en reste pas moins nécessaire de poursuivre le développement de l'intégration de ces données dans des modèles de fonctionnement.

Un certain nombre de "success stories" témoignent de la capacité de cette approche à s'inscrire dans un concept d'agriculture durable 3 .

Pour conclure sur cette partie concernant l'agriculture de précision, on peut dire tout d'abord qu'il s'agit bien d'un outil porté par la technologie, dans la mesure où le


Contraintes de la maîtrise de variabilité intraparcellaire. © Cnes.

matériel dont nous disposons est un sous-produit d'autres activités industrielles. Les premiers systèmes de cartographie du rendement ont été produits par Rockwell et Collins, qui avaient fabriqué les systèmes GPS. Deuxièmement, l'agriculture de précision nécessite que l'on dispose de données d'une précision intraparcelle. Or, cela coûte très cher. Dans ce cadre, la télédétection présente un intérêt dans la mesure où elle permet de réduire les coûts. Enfin, l'agriculture de précision a mis en avant le fait que notre connaissance sur le comportement des cultures était moins précise que l'on pouvait l'imaginer.

Sécurité alimentaire et développement durable

La sécurité alimentaire est une préoccupation nationale et internationale. Elle résulte d'une relation entre l'offre et la demande, l'offre étant la capacité de production de la planète en denrées alimentaires et la demande étant celle des habitants de la planète qui cherchent à se nourrir. Quels sont les enjeux en matière de sécurité alimentaire ?

Problématique et besoins

Si on considère la situation de la planète Terre, on peut mettre en avant le fait que nous vivons dans un environnement dont la ressource est finie : en termes de surface, d'énergie et plus généralement de capacité de production de ressources renouvelables. Par contre, la demande au niveau de cette planète ne cesse d'augmenter, en fonction de l'accroissement de la population.

D'une manière macroscopique, différents graphiques peuvent montrer la complexité de la problématique.

Évolution de la population (mondiale, pays en voie de développement et pays développés)


Évolution de la population mondiale (en habitants). Source : http://www.fao.org. © Cnes.

En 2050, la population des pays développés n'aura que peu évolué. En revanche, la population mondiale sera passée de 6 à 9 milliards d'habitants. Le doublement de la population aura lieu dans les pays en voie de développement.

Évolution de quelques grandes productions agricoles (production et rendement)

Si l'on analyse la production de blé, de maïs et de riz, on constate que jusque dans les années quatre-vingt-dix, la croissance de la production mondiale était régulière et forte. Elle correspondait à un triplement de la production, dû essentiellement au progrès technique. Or, désormais, le progrès technique a atteint ses limites et la croissance de la production commence à stagner.

Évolution de l'utilisation des sols

La superficie totale des terres émergées représente environ 13 milliards d'hectares. Les terres arables représentent 1, 2 milliard d'hectares. Entre 1961 et 2001, la surface mise en culture a progressé d'environ 30 % alors que dans le même temps la production a été multipliée par trois. En matière de production agricole, dans les pays en développement, la disponibilité en eau est souvent le problème majeur. À l'heure actuelle, dans ces pays, 26 % des terres arables sont irriguées alors qu'elles représentent 80 % de la production agricole. En 30 ans, l'augmentation de l'irrigation n'est que de 10 % (en surface). Là aussi, la sécurité alimentaire se trouve menacée.

Évolution de l'offre par rapport à la demande

Ces différents éléments permettent de montrer que nous entrons dans une période critique. La production stagne alors que la consommation ne cesse d'augmenter. Sur les 12 dernières années, on ne recense que 3 pays dont la production a été supérieure à la consommation. Le stock de report atteint le seuil critique 4 de 15 %, soit 3 mois de réserves de nourriture au niveau de la planète.


Évolution de la production de blé (milliers de tonnes). Source : http://www.fao.org. © Cnes.

Nous n'avons pas la prétention de proposer des solutions, mais de mettre en évidence que le besoin de gestion de la production est une nécessité dans un contexte de tension sur les marchés.

Intégration de la télédétection

L'apport de la technologie se situe au niveau de la connaissance de l'occupation du sol et de la prévision de rendement, car la production, représente une surface multipliée par un rendement.

La connaissance de la superficie des cultures

Il s'agit d'une application directe et opérationnelle de la télédétection : les programmes Mars ou Corine en Europe, Alis en Égypte, Pronespre au Mexique, sont quelques-unes des situations dans lesquelles la télédétection est utilisée de manière opérationnelle.

Cette application est fondamentalement basée sur la spécificité de la réponse des couverts végétaux en termes de réflectance et de l'aptitude des capteurs à percevoir cette spécificité. Les outils d'analyse (algorithmes de classification) et les méthodes statistiques sont maintenant opérationnels et permettent d'accéder à des niveaux de précision tout à fait acceptables.


Évolution comparée de la production et de la consommation mondiale (milliers de tonnes).
Source : http://www.fao.org. © Cnes.

La prévision de rendement

Elle se base sur la prise en compte de l'activité photosynthétique des couverts végétaux, en utilisant les mêmes longueurs d'onde. Par rapport à la reconnaissance des cultures, la prévision de rendement nécessite que l'on soit en mesure d'intégrer une notion de variation temporelle du comportement des plantes. Elle doit s'inscrire aussi dans un raisonnement systémique considérant que le rendement est l'aboutissement de phénomènes complexes, dont aucun n'est forcément prépondérant.

La télédétection devient donc une donnée d'entrée dans des modèles de simulation du rendement. Ces modèles ont différents degrés de complexité, on rejoint en cela ce qui a pu être dit à propos de l'agriculture de précision. À titre d'exemple, on peut s'appuyer sur la description du formalisme de Montieth.

 


© Cnes.

Parmi les systèmes opérationnels de prévision de production, on peut en citer trois :

  • celui des services de l'USDA (United State Departement of Agriculture) qui produit chaque mois un bulletin de statistiques des principales cultures vivrières, le WASDE (World Agricultural Supply and Demand Estimate, l'estimation de l'offre et de la demande agricole mondiale) 5 ;
  • celui de l'Union européenne qui depuis 1987 conduit le programme Mars (Monitoring of Agriculture with Remote Sensing). Ce programme est opérationnel depuis 1992 et fournit un bulletin mensuel de prévision de rendement et d'état des cultures des 25 pays de l'Union 6 ;
  • enfin, il faut faire référence aux travaux de la FAO (Food and Agricultural Organisation) qui a mis en place des outils de suivi de la production agricole dans les PVD. Ces outils sont orientés vers l'alerte précoce des développements de famines 7 (GIEWS, Global Information and Early Warning System).

Synthèse et perspectives

Selon les experts, la production agricole devrait pouvoir suivre l'augmentation de la population. Il faut, dans ce cadre, avoir en tête le principe de Malthus (1798) 8 et constater qu'il ne s'est pas vérifié jusqu'à présent : le progrès technique a permis de maintenir une progression quasi géométrique sur la production. Cette progression commence cependant à se ralentir.

Un groupe d'experts conclut au fait que nous pourrons continuer à nous nourrir, mais il faut porter une attention particulière :

  • à la mise en place de conditions durables de production ;
  • aux disparités géographiques des potentialités de production ;
  • à la nécessité d'investissement en formation.

Il faudra en particulier être en mesure de gérer la tension croissante que l'on va observer sur les marchés des productions agricoles. La télédétection et les systèmes d'information géographiques sont des outils privilégiés pour suivre ces conditions de tension prévisibles. Ils apporteront cette fiabilité dans l'information qui permet de gérer des situations de crise.

 


  1. "La sécurité alimentaire existe lorsque tous les êtres humains ont, à tout moment, un accès physique et économique à une nourriture suffisante, saine et nutritive, leur permettant de satisfaire leurs besoins énergétiques et leurs préférences alimentaires pour mener une vie saine et active." (Plan d'action du sommet mondial de l'alimentation, Rome, novembre 1996).
  2. SINGH A., MOLDDAN B., LOVELAND T., Making science for sustainable development more policy relevant : New tools for analysis, International Council for Sciences, 2002,28 p. de conscience collective de la nécessité de gérer la production de manière durable lui impose de ne pas faire n'importe quoi.
  3. Voir à ce sujet les sites Web suivants :
    Geosys : http://www.geosys.com/fr
    Cropcast : http://www.mdafederal.com/wx/cropcast/
    InfoTerra : http://www.infoterra-global.com/terrasar.htm
    Scot : http://www.scot.fr
  4. Le niveau minimum de sécurité est défini comme le volume total de stock de report nécessaire pour assurer, durant la campagne suivante, la continuité des approvisionnements des marchés nationaux et du marché international, pour maintenir le niveau de consommation et pour offrir une protection contre les pénuries graves engendrées par de mauvaises récoltes ou des catastrophes naturelles.
  5. Voir à ce sujet les sites Web suivants :
    http://www.usda.gov/
    http://www.fas.usda.gov
    http://www.pecad.fas.usda.gov
    http://www.pecad.fas.usda.gov/remote.cfm
  6. Voir à ce sujet les sites Web suivants :
    http://mars.jrc.it/
    http://mars.jrc.it/marspac/default.htm
    http://mars.jrc.it/marsstat/default.htm
    http://mars.jrc.it/marsfood/Default.htm
  7. Voir à ce sujet le site Web :
    http://www.fao.org/WAICENT/faoinfo/economic/giews/english/giewse.htm
  8. Une population, sans contraintes, croît de manière géométrique, alors que les ressources alimentaires suivent une progression arithmétique.

 

Actes du séminaire national - Les sciences de la vie et de la Terre au XXIème siècle : enjeux et implications 15 et 16 décembre 2004

Mis à jour le 15 avril 2011
Partager cet article
fermer suivant précédent