Description du jeu de données
En raison de la grande variété de la dynamique des paysages, des types de cultures, des saisons de croissance et des pratiques de gestion agricole, la cartographie de l'étendue des terres cultivées, des types de cultures et des pratiques d'irrigation à l'échelle mondiale reste une tâche très difficile. Plusieurs tentatives ont déjà été faites pour établir des cartes mondiales précises, mais jusqu'à présent, aucune n'a réussi à fournir des informations saisonnières au niveau des champs à l'échelle mondiale. Les couches actuelles de la carte des cultures manquent de détails spatiaux ou ne fournissent pas de mises à jour régulières. La communauté AFOLU a donc besoin d'un système capable de fournir des informations saisonnières de surveillance agricole globale à un niveau local. C'est pourquoi l'Agence spatiale européenne, en collaboration avec des acteurs de l'agriculture mondiale tels que GEOGLAM, la FAO, AMIS, a lancé le projet WorldCereal afin de démontrer la faisabilité d'une mise à jour saisonnière des cartes des terres cultivées et des types de cultures sur la base de données en libre-accès et gratuites.
Le système Open Source WorldCereal de l'Agence spatiale européenne (ESA) fournit des cartes mondiales saisonnières mises à jour pour 2021 à une résolution de 10 m, basées sur les données Copernicus Sentinel-1 et Sentinel-2 et Landsat 8. Le système WorldCereal produit 4 produits hiérarchiques. La figure 1 présente les différents produits WorldCereal par saison. Vous trouverez ci-dessous les définitions des produits.
Figure 1 : Aperçu des produits de WorldCereal
Carte des cultures annuelles temporaires
Il s'agit du produit de base généré par le système WorldCereal. Il s'agit d'une carte binaire identifiant les terres utilisées pour les cultures dont le cycle de croissance est inférieur à un an et qui doivent être nouvellement semées ou plantées pour une production ultérieure après la récolte (FAO, 2023). La canne à sucre, l'asperge et le manioc sont également considérés comme des cultures temporaires, bien qu'ils restent dans le champ pendant plus d'un an. Les cartes des cultures temporaires de WorldCereal excluent les cultures pérennes ainsi que les pâturages (temporaires). Ces cartes sont générées une fois par an, la période étant définie dans une région par la fin de la dernière saison de croissance prise en compte par le système.
Cartes des types de cultures saisonnières (maïs et céréales)
Les produits WorldCereal par type de culture fournissent des cartes binaires pour les saisons de culture du maïs et du blé, telles que définies par les calendriers culturaux mondiaux, montrant où le maïs et les céréales sont cultivés. Les céréales comprennent le blé, l'orge et le seigle, qui appartiennent à la tribu des Triticeae. Ces cultures ont été regroupées parce que leurs signatures spectrales et leurs saisons de croissance étaient trop similaires pour pouvoir les distinguer de manière fiable à l'échelle mondiale. Les cartes des types de cultures de WorldCereal sont générées à l'intérieur des masques de cultures annuelles temporaires respectifs.
Cartes d'irrigation saisonnière
Le système WorldCereal définit les terres cultivées et activement irriguées de manière saisonnière comme des terres largement irriguées au cours d'une saison de croissance spécifique où, sans l'irrigation appliquée à intervalles réguliers, la croissance des cultures serait considérablement réduite, voire impossible. L'irrigation accidentelle, telle que l'irrigation appliquée uniquement pendant la période d'ensemencement d'une culture, n'est pas considérée comme une terre cultivée activement irriguée. Un pixel ne peut être classé comme irrigué qu'à l'intérieur du masque de culture temporaire annuelle.
Cartes des terres cultivées en activité de manière saisonnière
Les produits WorldCereal relatifs aux terres cultivées en activité indiquent si un pixel identifié comme culture temporaire a été activement cultivé ou non au cours de chacune des saisons de croissance cartographiées. Pour qu'un pixel soit étiqueté comme « actif » au cours d'une saison de croissance particulière, un cycle de croissance complet (semis, croissance, sénescence et récolte) doit avoir lieu au cours de la période désignée. Notez que ce marqueur actif n'est pas spécifique à un type de culture et qu'il englobera d'autres types de cultures que les céréales et le maïs, pour autant qu'elles présentent une saison de croissance similaire. Dans la pratique, cela signifie également que toute culture cultivée (légèrement) en dehors des périodes de végétation prédéfinies ne sera pas signalée comme terre cultivée en activité au cours des périodes couvertes par le système.
Pour la COP26, ces produits feront l'objet d'une démonstration à l'échelle mondiale pour 2021. Les produits sont disponibles à l'adresse suivante:
https://vdm.esa-worldcereal.org/
Conseils d'utilisation
Les utilisateurs doivent garder à l'esprit que les cartes WorldCereal sont des ensembles de données à l'échelle mondiale, générées avec une méthodologie unique appliquée à une échelle globale. En conséquence, La précision de la carte peut donc varier d'un endroit à l'autre et en fonction de l'échelle. On peut donc s'attendre à ce que le jeu de données soit plus utile pour les pays qui ne disposent pas de leurs propres systèmes de surveillance agricole. Les données in situ sur le type de culture et l'irrigation sont bien sûr très importantes pour l'entraînement des algorithmes de classification. Ces données sont très fragmentées : dans certaines régions, de nombreuses informations sont disponibles pour plusieurs années, alors que dans d'autres parties du monde, aucune donnée n'est disponible. Bien que la méthodologie ait fait l'objet d'une évaluation comparative et de tests. Il est clair que les zones où la base de données d'entraînement manque de données in situ obtiendront des résultats moins précis que les zones disposant de suffisamment de données in situ. Il existe une couche de confiance pour toutes les couches produites, afin d'indiquer les domaines dans lesquels le modèle est le moins fiable. Les couches de confiance des produits sont disponibles à l'adresse suivante
https://vdm.esa-worldcereal.org/
Méthodologie
Les produits WorldCereal sont de nature hiérarchique et sont générés sur la base des calendriers agricoles mondiaux. Contrairement à d'autres produits mondiaux, les produits WorldCereal ne sont pas produits pour un seul moment dans le temps, ils sont produits à la fin d'une certaine période de végétation. La première étape de la méthodologie a consisté à définir les périodes de végétation. Cela a été fait sur la base d'informations provenant de la FAO, du JRC-ASAP, du Crop Monitor et de NASA-Harvest, et lorsque aucune information n'était disponible, des calendriers de culture ont été simulés (voir Franch et al., 2022). Ces calendriers culturaux ont ensuite été stratifiés en fonction du début et de la fin de la saison dans les zones de production céréalière mondiale (AEZ) de 2023 (voir figure 2).
Figure 2: Stratification mondiale basée sur la similarité des calendriers de culture. Chaque zone résultante sert de déclencheur à la carte WorldCereal pour générer des produits basés sur la saisonnalité locale.
Pour chacune de ces zones, les produits WorldCereal sont créés à la fin de la période de végétation. Le produit global est donc toujours une mosaïque de produits. Tout d'abord, la carte des cultures temporaires est établie puis tous les autres produits sont liés à cette carte. Les algorithmes de classification (CatBoost) pour ces produits ont été entraînés sur la base des ensembles de données in situ collectées et harmonisées. (Les données in situ peuvent être consultées à l'adresse suivante:
https://worldcereal-rdm.geo-wiki.org/)
Il ressort clairement de cet ensemble de données que la distribution des données in situ n'est pas homogène dans le monde et que pour le type de culture, l'irrigation et les terres cultivées actives, il y a beaucoup moins de données disponibles. Ainsi, le modèle entraîné pour ces produits est entraîné sur des données globales - alors que les cartes de terres cultivées temporaires sont entraînées sur des données stratifies.
Incertitude et précision
Au début du projet WorldCereal, des précisions minimales ont été fixées pour les différents produits. La précision globale du produit pour l'étendue des terres cultivées doit être de 80 %, et de 70 % pour les cartes des types de cultures.
Comme mentionné dans la section sur l'ensemble des données et la section sur la méthodologie, l'incertitude et la précision des résultats dépendent de la région du monde. Les régions où les champs sont vastes et où des données d'entraînement sont disponibles auront une plus grande précision que les régions où les champs sont petits, où la saisonnalité est complexe et où les données d'entraînement sont peu nombreuses, voire inexistantes. Les précisions dépendent également du produit, l'étendue des terres cultivées étant normalement plus précise que le produit d'irrigation.
L'approche de validation diffère d'un produit à l'autre, en fonction de la qualité et de la disponibilité des ensembles de données de référence qui n'ont pas été utilisés pour former les modèles et qui sont donc disponibles pour une validation indépendante. Pour les cultures temporaires, les résultats de la validation globale ont une précision globale de 97,8 %, avec une précision de 88,5 % pour les utilisateurs et une précision de 92,1 % pour les producteurs. Pour les cartes des types de cultures de maïs à l'échelle mondiale, la précision de l'utilisateur est de 85,8 % et celle des producteurs de 75,5 %. Pour les céréales, les chiffres sont légèrement plus élevés avec 93,6 % pour l'utilisateur et 77,7 % pour le producteur.
Maintien des ensembles de données
Le système WorldCereal s'appuie sur les jeux de données librement accessibles du programme Copernicus (Sentinel 1 et Sentinel 2) et de Landsat 8. Ces ensembles de données seront maintenus par les différentes agences spatiales à l'avenir.
En outre, tous les algorithmes et méthodes utilisés dans WorldCereal sont open-source et la base de données de référence sera soutenue par GEOGLAM, par l'intermédiaire du groupe de travail sur les données in situ de GEOGLAM.
Caractéristiques techniques
Résolution spatiale: 10m
Couverture géographique: Globale
Couverture temporelle: à partir de 2021 (TBD)
Fréquence de mise à jour: Saisonnière
Lien vers le manuel ou les conseils
https://esa-worldcereal.org/en
Liens vers les jeux de données
https://vdm.esa-worldcereal.org/
https://worldcereal-rdm.geo-wiki.org/
Points de contact pour les questions et les requêtes
Sven Gilliams
Chef de projet WorldCereal
Institut flamand pour la recherche technologique (VITO)
Mol, Belgique
Courrier électronique: sven.gilliams@vito.be
Zoltan Szantoi
Responsable technique de WorldCereal
Agence spatiale européenne
ESA/ESRIN
Frascati, Italie
Courrier électronique: Zoltan.szantoi@esa.int
