Titre du projet : Utilisation de données satellitaires pour surveiller la santé de la végétation dans notre zone locale

L'équipe : HRSFC

Hills Road Sixth Form College   Cambridge (en anglais)   Royaume-Uni   3 Âge de l'élève : 16-17 ans

Comment pouvons-nous utiliser les couleurs observables depuis l'espace pour surveiller les changements de végétation induits par les conditions météorologiques dans notre région du Cambridgeshire ?

Ces dernières années, les vagues de chaleur et les températures estivales anormalement élevées se sont multipliées dans notre région, avec en point d'orgue la canicule record de juillet de l'année dernière [1]. Nous avons remarqué que cette situation nuisait à la flore locale : l'herbe jaunissait et les arbres se flétrissaient et mouraient [2]. Nous craignions que nos écosystèmes locaux ne soient mis à mal si cette tendance devait se poursuivre. Nous voulions savoir ce qu'il était possible de mieux comprendre grâce à l'imagerie satellitaire. Nous avons lancé ce projet dans le but d'étudier les tendances et les changements de la végétation observables depuis l'espace et d'identifier les facteurs qui les expliquent.

Nous avons utilisé les données des satellites Sentinel-2 de l'ESA [3]. Il s'agit d'une paire de satellites équipés d'un instrument multispectral (MSI), qui mesure le rayonnement réfléchi par la terre dans 13 bandes. Les différentes longueurs d'onde indiquent différentes surfaces telles que l'eau, les nuages, la végétation ou les zones urbaines. En utilisant le Sentinel Hub EO Browser [4], nous avons analysé des images de 2016 à 2022, dans un composite fausses couleurs, et dans l'indice de végétation par différence normalisée (NDVI).

Nous avons utilisé le composite en fausses couleurs intégré à l'EO Browser, qui utilise les radiations rouges, vertes et infrarouges pour mettre en évidence la densité et la santé des plantes. Les zones urbaines sont représentées en gris, les plantes denses en rouge et les plantes clairsemées en vert [5]. Cela nous a permis d'identifier les endroits où les plantes poussaient sainement et ceux où elles étaient en difficulté. Nous avons également utilisé le filtre NDVI, qui différencie les types de végétation en fonction de la chlorophylle contenue dans leurs feuilles. Les valeurs les plus faibles représentent la terre, les arbustes et les prairies, tandis que les valeurs les plus élevées représentent les zones forestières [6]. En agriculture, les cultures dont l'indice NVDI est plus faible sont généralement moins saines.

Nous avons produit une série d'images en utilisant les fausses couleurs et le NDVI afin d'établir quel schéma de couleurs montrerait le mieux les changements de végétation au fil du temps dans notre zone locale. Nous avons comparé des séries d'images à des dates similaires au cours de l'été de chaque année. Les dates utilisées étaient aussi rapprochées que possible, en tenant compte de la couverture nuageuse. Nous avons décidé d'utiliser les images en fausses couleurs, qui présentaient un contraste plus net entre la végétation saine et la végétation malsaine.

Les images ont une largeur d'environ 20 km, ce qui permet de couvrir Cambridge, les villages environnants et les terres agricoles. Les images ont été prises entre le 17 et le 24 août de chaque année. Seules six années de données étant disponibles, nous ne pouvons pas tirer de conclusions complètes à partir de ces seules images. Cependant, nous avons pu identifier les années où la végétation était visiblement moins saine, ce qui correspond à une tendance générale vers des étés plus chauds et des vagues de chaleur particulières. Par exemple, le Royaume-Uni a connu trois courtes vagues de chaleur au cours de l'été 2022, avec une température maximale enregistrée de 40,3 degrés Celsius - la plus élevée jamais enregistrée au Royaume-Uni [7]. La végétation semble visiblement en mauvaise santé d'après les images satellite, ce qui indique une croissance végétale clairsemée. Cette situation est préoccupante car de nombreuses cultures de la région sont affectées par les phénomènes météorologiques extrêmes, comme l'a indiqué le gouvernement en novembre 2022 [8].

Nous pouvons en déduire que les augmentations de température causées par le changement climatique ont un impact négatif significatif sur la santé de la végétation, en particulier des cultures, dans notre région. Notre étude ne contient pas suffisamment de données pour conclure à des tendances définitives à long terme, mais nous pouvons établir des liens entre les températures élevées et les plantes qui peinent à pousser. Dans de futures études, il serait bon d'utiliser des données portant sur un plus grand nombre d'années et de comparer l'historique de la santé de la végétation avec les données météorologiques du Met Office, telles que les précipitations et les températures moyennes, afin d'étudier d'autres corrélations entre le changement climatique et la santé des plantes.

Nous avons pensé qu'il était important de partager nos résultats avec nos pairs afin de les sensibiliser à l'impact du changement climatique sur notre région. Nous avons créé une affiche pour informer les autres de notre projet, qui a été présentée lors de la foire écologique de notre collège. Nous espérons également présenter nos résultats au journal du collège et à la Société pour l'environnement à l'avenir.

Références :
[1] https://www.bbc.co.uk/news/uk-england-cambridgeshire-62239990
[2] https://www.cambridgeindependent.co.uk/news/shocking-before-and-after-pictures-show-impact-of-driest-sum-9268984/
[3] https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-2
[4] https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser
[5] https://earthobservatory.nasa.gov/features/FalseColor/page6.php
[6] https://eos.com/make-an-analysis/ndvi/
[7] https://www.metoffice.gov.uk/binaries/content/assets/metofficegovuk/pdf/weather/learn-about/uk-past-events/interesting/2022/2022_03_july_heatwave_v1.pdf
[8] https://committees.parliament.uk/committee/62/environmental-audit-committee/news/174264/to-what-extent-are-global-environmental-changes-affecting-our-food-security/

Télécharger l'affiche du projet au format PDF

ESA-poster-for-eco-fair.pdf

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