Une carte spatiale de l'utilisation de l'eau pour la zone agricole étudiée, tel que généré à l'aide de données CubeSat et d'un modèle d'évapotranspiration adapté. Crédit: Télédétection , Attribution Creative Commons (CC BY)
Pour conserver et gérer l'eau douce, en particulier dans les régions arides comme l'Arabie saoudite, il est important de comprendre comment l'eau est utilisée chaque jour. Les scientifiques de KAUST utilisent des données recueillies par des satellites de la taille d'une boîte à chaussures, ou CubeSats, pour en savoir plus sur l'utilisation quotidienne de l'eau en agriculture.
On estime que 90 pour cent des réserves d'eau douce de l'Arabie saoudite sont utilisées pour l'irrigation des cultures, mais une grande partie provient d'aquifères non durables. Cependant, suivre les flux d'eau est incroyablement difficile et il n'y a pas d'estimations de suivi de la consommation agricole par zone au fil du temps.
"Mon travail vise à estimer la quantité d'eau utilisée par les cultures à l'aide d'images satellites et de données météorologiques facilement disponibles, " dit Bruno Aragon, au centre de dessalement et de réutilisation de l'eau de KAUST, qui a mené la recherche avec des collègues de Planet et du Jet Propulsion Laboratory de la NASA aux États-Unis, sous la supervision de Matthew McCabe de KAUST. "En utilisant des techniques de modélisation informatique, nous pouvons alors estimer la transpiration des plantes - l'eau que les plantes utilisent à la fois pour pousser et se rafraîchir - et l'évaporation du sol, l'eau perdue dans l'atmosphère depuis le sol."
Les CubeSats fournissent des données quasi-quotidiennes à une résolution de 3 mètres de pixels, près de 100 fois le niveau de détail spatial dans d'autres données satellitaires, tels que ceux collectés par Landsat 8. S'appuyant sur leurs travaux antérieurs, dans ce projet, l'équipe a collecté des données CubeSat couvrant une petite zone de champs de maïs irrigués en Arabie saoudite. Ils ont ensuite utilisé un programme d'apprentissage automatique pour corriger les images de la variabilité atmosphérique et les mettre aux normes de la recherche.
Les agriculteurs irriguent souvent uniformément leurs cultures à l'aide de pivots sans prêter une attention particulière aux zones du champ qui ont besoin de plus ou moins d'eau. L'équipe a mis en place des systèmes au sol pour collecter des données d'évapotranspiration et météorologiques locales à comparer avec les données dérivées de CubeSats. Crédit: Télédétection , Attribution Creative Commons (CC BY)
Les chercheurs ont mis les images dans le modèle Priestley-Taylor Jet Propulsion Laboratory, un modèle existant de mesure de l'évapotranspiration. Aragon a également modifié le modèle pour intégrer des données environnementales locales, comme la chaleur et l'humidité du sol et la température de l'air.
« Nous avons évalué les performances du modèle avec des données collectées par des équipements sur site au sol, " dit Aragon. "Notre modèle basé sur CubeSat a fourni une bonne estimation de l'utilisation de l'eau, similaire à d'autres récupérations par satellite. Notre technique présente l'avantage évident d'une résolution et d'un niveau de détail considérablement améliorés. La résolution et les récupérations quasi quotidiennes permettent la détection d'événements spécifiques dans le développement des cultures, réduisant considérablement les chances de manquer des changements importants dans des domaines individuels. »
L'équipe prévoit d'améliorer encore sa technique. De meilleures estimations de l'humidité du sol pourraient provenir de l'ajout de la technologie d'imagerie thermique ou micro-ondes aux CubeSats, par exemple, et d'autres données importantes pour inclure le type de culture, la hauteur et la biomasse de la végétation, qui ont toutes un impact sur la quantité d'eau nécessaire à un moment donné.
Un des champs de la zone d'étude. Crédit: Télédétection , Attribution Creative Commons (CC BY)
Aragon visitera bientôt le Jet Propulsion Laboratory en Californie, recherche d'améliorations de modèles pour la surveillance de la végétation dans le cadre d'un projet lié au capteur ECOSTRESS de la NASA, qui a été récemment installé sur la Station spatiale internationale.
« La mission ECOSTRESS vise à suivre la réponse de la biosphère aux changements de disponibilité en eau à un niveau diurne :en d'autres termes, il suit le stress global des plantes tout au long de la journée, " dit Aragon. " Je m'attends à apprendre beaucoup de choses sur ce stage que nous pourrons appliquer à notre travail sur l'utilisation de l'eau des cultures. "
Développement des cultures et utilisation de l'eau pour un pivot de maïs spécifique. L'imagerie CubeSat permet d'observer les différences au sein du champ pour différentes dates de plantation pour les parties supérieure et inférieure du champ. Crédit: Télédétection , Attribution Creative Commons (CC BY)
