Tosca compte-rendu du Groupe Surfaces Continentales Mardi – Jeudi juin 2016, cnes, Paris Participants

S2-Malaria : Sentinel-2 for Malaria Surveillance

Porteur : V. Herbreteau (IRD ESPACE-DEV Réunion)

Laboratoires impliqués : IRD ESPACE-DEV Montpellier et Nouméa, SESSTIM, Institut Pasteur de Madagascar, SANSA et Université de Pretoria (Afrique du Sud)

Année de première soumission et nombre d’années prévues : APR2016-2017 pour 2 ans

S2-Malaria est un nouveau projet qui vise au développement d’outils de surveillance adaptés pour le paludisme à Madagascar et en Afrique du Sud. L’idée est ici de faire du suivi en temps quasi-réel des conditions favorables au paludisme en intégrant les informations fournies par les satellites Sentinel-2 dans les systèmes de surveillance sanitaire (alerte précoce). Le projet est découpé en 3 tâches : (i) automatisation de l’acquisition, du traitement des images et du calcul d’indices spectraux simples ; (ii) mise en place d’un système opérationnel ; (iii) élaboration d’indicateurs des conditions favorables au paludisme. Le projet, qui s’inscrit dans la suite du projet TELEPAL (paludisme en Amazonie), est en synergie avec le projet APUREZA (dengue et zika en milieu urbain au Brésil).

Le projet est clairement présenté et le calendrier bien établi. Il répond à une demande sociétale très forte en Afrique australe. Le fait d’exploiter les données Sentinel-2 dans les dimensions spatiale (résolution plus fine que MODIS et TRMM utilisés jusqu’alors) et spectrale pour une thématique à l’interface entre environnement et santé a été particulièrement apprécié par le comité TOSCA. En outre, le fait de travailler d’une part à Madagascar avec une routine existante et fonctionnelle (MEWS) et d’autre part en Afrique du Sud (province du Limpopo) dans une démarche un peu plus exploratoire permettra de poser la question non triviale de la reproductibilité des systèmes de surveillance dans d’autres régions du monde. Enfin, S2-MALARIA réunit toutes les conditions, notamment techniques et partenariales, pour déboucher sur un service opérationnel. A ce titre, S2-MALARIA mérite largement d’être soutenu dans le cadre de THEIA.

Classement A. Un rapprochement avec le CES « Risques maladies infectieuses » est fortement recommandé. De plus, le comité TOSCA recommande de ne pas financer le CDD demandé, car il semble plus approprié de mutualiser les développements informatiques réalisés dans le cadre de la communauté THEIA plutôt que de procéder à des développements particuliers dans le cadre du projet.
s2_s1_RIZ

Porteur : Dinh Ho Tong Minh (TETIS)

Laboratoire(s) impliqué(s) : TETIS, EMMAH, CESBIO, INRA/Innovation

Année de première soumission et nombre d'année(s) prévue(s) : APR 2016-2017, pour 2 années

L’objectif est d’évaluer l’intérêt des données à Haute Résolution Spatiale et Temporelle (HRST) des satellites Sentinel-1 (S1) et Sentinel-2 (S2) pour 1) cartographier et suivre les différents systèmes de cultures rizicoles, 2) estimer les productions à partir du modèle mécaniste STICS et du modèle semi-empirique du CESBIO, SAFY, de l’échelle de la parcelle à celle de la région et comparer leurs performances et 3) essayer de détecter et d’identifier des pratiques culturales. L’application sera faite sur la Camargue.

Le projet est prévu pour 2 ans. Il y aura en premier lieu des enquêtes et des mesures sur le terrain pour avoir une base de validation vis-à-vis des informations dérivées du spatial et des modèles. Pour la tâche de suivi du développement du riz, les proposants utiliseront des profils de NDVI calculés à partir d’images S2 et des profils de rétrodiffusion calculés à partir des données SAR S1, et les stades phénologiques principaux en seront extraits. Des variables biophysiques (LAI, albedo, …) seront également estimées. Pour cartographier certaines pratiques agricoles les proposants essaieront de déterminer à partir des séries temporelles interpolées du LAI, la date de mise en eau du riz, le stade phénologique de développement maximal, les faux semis chimiques et le brûlage. Ils chercheront des indicateurs liant les données satellitaires à la production comme l’intégrale des variables étudiées sur la saison de croissance. La troisième tâche consistera à calibrer les modèles STICS et SAFY. Puis en 2018 seront assimilées des données ponctuelles de S1 et S2 pour estimer les paramètres clés (dates de semis, de mise en eau, d’apports de fertilisants) dans ces modèles. Enfin la combinaison de l’occupation du sol et des pratiques identifiées permettra de proposer une nouvelle classification des systèmes, associée à des indicateurs sur les types de pratiques et la production, et de voir ainsi si les données HRST permettent un affinement des classifications existantes.

Le consortium constitué ici, qui associe 4 laboratoires proches de la Camargue avec des compétences complémentaires, est très pertinent. Quelques questions se posent cependant : (1) Il est demandé de mieux détailler la méthodologie et les variables utilisées : par exemple on ne comprend pas bien si la cartographie des parties agricoles se fera uniquement sur la base du LAI ou si le NDVI et la rétrodiffusion seront également exploités, quid de l’interpolation temporelle de ces deux variables ? De même comment sera détecté l’apport de fertilisants ? (2) Sur la base de résultats acquis sur un espace géographique restreint et étudié depuis des années, comment évaluer la robustesse de ces approches d’assimilation, pour pouvoir passer à des zones géographiques bien plus larges dans des pays lointains ?

Classement A. Le TOSCA souligne l’intérêt de cette proposition mais ne soutient cette année que 2 stagiaires sur les 4 ou 5 demandés (i.e. un stagiaire à TETIS et un à Innovation), car la partie modélisation est moins convaincante. Il attendra aussi en 2^ème année des éclaircissements sur les points soulevés ci-dessus.
SAMSAM : Satellite time-series Analysis and Modelling for Small Agriculture Mapping

Porteur: V. Lebourgeois (CIRAD/TETIS)

Laboratoire(s) impliqué(s) : CIRAD/TETIS, ART-DEV, AIDA, AGAP, FOFIFA, FIFAMANOR,

Année de première soumission et nombre d'année(s) prévue(s) : APR 2016-2017, 3 années

L’objectif scientifique de ce travail est la mise au point d'une plate-forme de modélisation originale intégrant des données spatiales multi-capteurs et des facteurs de contrainte liés à la gestion par l'homme de l'environnement. Le projet s’insère dans un contexte institutionnel favorable (projets ANR, FP7, site JECAM, THEIA, collaboration avec TOSCA OSO). Les données de projets précédents ont permis de financer des campagnes de récolte de données de terrain sur l'occupation du sol ainsi que des données satellitaires. L'essentiel de l'information est donc acquise ou en cours d'acquisition. Les relevés terrain vont se poursuivre en 2016-2017 grâce aux financements TOSCA CES OSO et ESA S2-Agri. Ce projet fait suite au projet TOSCA Syst-Cult (2013-2015) et vise à lever les limites des méthodes existantes de caractérisation des espaces agricoles lorsqu'elles sont appliquées aux petites agricultures du sud. Il s’agit de générer des cartes d’occupation du sol en contexte micro-parcellaire (Madagascar) et plus précisément de démêler les résolutions spatiales (PLEIADES, SPOT6/7) avec des connaissances a priori pluridisciplinaires (agronomiques, géographiques, socio-économiques).

Le projet est bien présenté et la méthode est clairement décrite avec plusieurs étapes. Un obstacle toutefois est la présence de nuages dans cette zone tropicale. Pour augmenter le réalisme des cartes d’occupation du sol, les proposants envisagent le couplage avec un modèle qui simule le comportement des agriculteurs ce qui paraît très intéressant mais fort complexe. Une recommandation serait plutôt d'évaluer la pertinence de Sentinel-1 si les nuages sont un réel problème. Les proposants sont aussi encouragés à faire un effort de publication des résultats.

Classement A.
SMOS HR : Débruitage et amélioration de la résolution par extrapolation de spectre d’image de SMOS.HR et SMOS

7. 
   Porteur : Yann Kerr (CESBIO)
   
8. 
   Laboratoires impliqués : CESBIO, ENS-Cachan, IRAP
   
9. 
   Année de première soumission et nombre d'années prévues : APR 2016-2017, pour 2 ans
   

Proposition nouvelle dont l’objectif consiste à réduire le bruit dans les mesures SMOS dans un rapport deux et d’améliorer la résolution géométrique 2D dans le même rapport. La méthode est basée sur l’application de traitements sol de super-résolution et de débruitage issus de l’expérience de l’équipe image du laboratoire CMLA (ENS-Cachan) qui travaille depuis quinze ans avec le CNES sur des problèmes de restauration d’image THR optique et de reconstruction 3D. La méthode appliquée aux mesures SMOS n’est pas très clairement explicitée (utilisation d’un modèle de bruit le plus exact possible, modèle gaussien adaptatif pour chaque patch de l’image, méthodes bayésiennes). La demande budgétaire est de 70 k€ dont 14.5 k€ pour le CESBIO et 66 k€ pour l’ENS-Cachan dont 54 k€ de CDD IR (12 mois, puis 12 mois de plus prévu pour l’année suivante).

Le comité TOSCA a noté le caractère fortement innovant et le potentiel important de la proposition. L’expertise des porteurs dans ce domaine a également été très favorablement évaluée. Il regrette néanmoins que le document ne fournisse pas assez d’éléments permettant d’évaluer objectivement la faisabilité de la méthodologie et les résultats attendus sur l’application à des mesures du satellite SMOS. Le comité recommande que les porteurs soumettent une proposition un peu plus détaillée l’année prochaine.

Classement B.
TELESSAO : TELdétection des Eaux de Surface et Santé en Afrique de l’Ouest

Porteur : M. Grippa (GET)

Laboratoires impliqués : GET, iEES-paris, Centre de Suivi Ecologique (Dakar), LERMIT (Ouagadougou)

Année de première soumission et nombre d'années prévues : APR 2016-2017, 2.5 ans

La proposition vise à utiliser la télédétection optique (couleur de l’eau) et thermique pour détecter l’aléa sanitaire en Afrique de l’ouest qui est causé par la contamination des eaux de surfaces en agent pathogènes, puis de traduire cet aléa en risque par l’étude des populations exposées.

La proposition est bien rédigée et s’attaque à un sujet socialement important. Elle a été examinée par quatre évaluateurs ayant des compétences complémentaires en télédétection, hydrologie, qualité de l’eau et épidémiologie. Il ressort que la partie “télédétection” est solide et déjà bien avancée en partie grâce au soutien du CNES (postdoc E Robert et site Take 5). Les proposants du GET ont une solide expérience dans les pays ciblés via le programme AMMA, avec un accès privilégié à une large gamme de données environnementales.

En revanche la partie qui relie les paramètres télédétectés à la qualité de l’eau et risque sanitaire est moins convaincante. L’hypothèse que certains paramètres visibles par télédétection comme la turbidité de l’eau puissent être des marqueurs bactériologiques n’est pas suffisamment étayée. La prédiction du risque sanitaire notamment lié à E. Coli devrait considérer les apports latéraux causés par des pluies et pas seulement les caractéristiques physico-chimiques des mares. De plus, E. Coli est susceptible de croître dans certaines conditions en milieu tropical, ce qui remet en cause l’utilisation de cette bactérie comme indicatrice fécale.

Le point le plus critique concerne l’utilisation de données épidémiologiques recueillies dans les structures de santé pour chercher des associations avec les « pratiques à risque » et avec des données environnementales télédétectées. Il est très rare de pouvoir compter sur une qualité des données suffisantes lorsqu’elles sont obtenues passivement dans ce genre de structures sanitaires dans les pays envisagés. Faute de protocole de collecte de données précis et étroitement supervisé, faute de vérification continue de la qualité des données, il est prévisible que les variations d’incidence de diarrhées qui pourront être identifiées ne pourront pas raisonnablement être attribuables à des variations environnementales, sociétales ou comportementales.

Par ailleurs, à aucun moment les auteurs du projet ne semblent considérer que les maladies diarrhéiques infectieuses sont d’abord transmises entre humains, par les mains, faute d’hygiène des mains, et que dans ce cadre, ce n’est pas tant la qualité microbiologique de l’eau qui est déterminante, que les pratiques de lavage des mains et d’utilisation de savon. Les auteurs semblent aussi faire l’hypothèse implicite que les populations utilisent majoritairement les eaux de surface pour la boisson, l’alimentation et l’hygiène des mains. Pour de nombreuses communautés de ces régions, ce n’est pas le cas. L’eau des puits ou des forages lorsqu’ils existent, est majoritairement utilisée.

Classement C. Sur la base de 4 évaluations indépendantes, le comité TOSCA doute que le projet puisse répondre à ses objectifs, faute de prise en compte des liens épidémiologiques connus (i.e. transmission manuportée), des pratiques liées à l’eau connues (i.e. utilisation des eaux de puits pour la boisson, l’alimentation et l’hygiène des mains), de plan d’analyse statistique avec des effectifs suffisants. Cependant, considérant l’importance du sujet, il encourage les proposants à resoumettre leur projet, en ayant pris soin de renforcer leur partenariat scientifique sur les aspects ci-dessus.
THEIA : Prospective 2017-2020

Porteur : N. Baghdadi (TETIS)

Laboratoires impliqués : Bureau exécutif Theia

Année de première soumission et nombre d'années prévues : APR2016-2017 pour 1 an

Le pôle Theia, initié fin 2012, a pour objectif d’accroître l’utilisation par la communauté scientifique, et plus largement par les acteurs publics, de la donnée spatiale, aéroportée, et in situ des surfaces continentales. Le document soumis présente très clairement les actions prospectives envisagées pour la période 2017-2020. L’évaluation du pôle Theia et de son besoin de soutien par le TOSCA ne peut pas être seulement scientifique mais également stratégique. Le soutien du TOSCA à cette demande est en effet d’une importance capitale pour pérenniser et développer les activités d’animation scientifique  (CES et ART) aux niveaux national et européen.

Classement A. Le comité TOSCA souligne le formidable travail de coordination réalisé par Nicolas Baghdadi depuis le démarrage du pôle THEIA et soutient sans réserve cette demande.
THESYRIS : THErmique Spatiale pour l’hYdrologie en Région Sismique ^TRANSVERSE

10. 
    Porteur : Yann Kerr (CESBIO)
    
11. 
    Laboratoires impliqués : GET, CEREMA
    
12. 
    Année de première soumission et nombre d'années prévues : APR 2016-2017, pour 2 ans
    

Le projet vise à analyser les anomalies thermiques constatées quelques jours à quelques semaines avant des séismes important, en se focalisant sur un cas particulier (Boumerdès Algérie) afin à moyen termes « d’estimer les tremblements de Terre par leurs signatures thermiques ». L’hypothèse de travail est que la signature thermique s’opère à travers des processus hydrologiques de surface/sub-surface (remontée des nappes, variations de disponibilité en eau suite à la fracturation, relations déformations-fracturation-perméabilité). La première partie du projet consiste à utiliser l’archive d’images thermique existant (METEOSAT / MODIS / LANDSAT / ASTER) pour détecter les anomalies thermiques éventuelles. La deuxième partie du projet est d’utiliser les données Grace pour tenter de mettre en évidence des mouvements de nappes. Une troisième partie propose d’utiliser des InSAR et ICESatpour détecter des changements sur la topographie.

Bien que la relation entre anomalie thermique et séismes n’ait jamais été démontrée, le comité TOSCA estime que des travaux complémentaires ne peuvent qu’être utiles pour progresser sur cette thématique. Il propose donc de financer la première partie du projet de cartographie d’anomalies thermiques à partir de données multi sources sur une période encadrant le séisme. Le séisme de Boumerdes ayant été largement étudié par la communauté des Sciences de la Terre, il est surprenant de ne trouver aucun tectonicien spécialiste de la zone dans le consortium. Le comité recommande donc au porteur de projet de se rapprocher des équipes françaises spécialistes de la zone.

Les 2 autres parties du projet nécessitent d’être approfondies, notamment via une meilleure prise en compte de l’état de l’art sur les travaux récents notamment de Grace pour ce type d’applications, avant d’être soutenues. Le comité TOSCA ne recommande donc pas à ce stade de financer ces parties. La demande de CDD semble également prématurée sur ce sujet.

Classement B.
TRHYMS : TROPICAL HYDRO-METEOROLOGY FROM SATELLITE OBSERVATION ^TRANSVERSE

Porteurs : M. Gosset (GET) & T. Pellarin (LTHE)

Laboratoires impliqués : GET, LTHE, LEGOS, CESBIO, HSM, Autorité du Bassin du Niger (ABN), Direction Générale de l’Eau du Bénin, Institut de Recherche Hydrauliques de Porto Allegre IPH (Collischonn ; Paiva)

Année de première soumission et nombre d'années prévues : APR 2016-2017, 4 ans

Ce projet ambitieux vise à démontrer l’apport de multiples produits satellite (issus des missions MT/GPM, SMOS, GRACE, altimétrie et Sentinel, MODIS) pour la modélisation hydrologique en milieu tropical à travers le cas du bassin du Niger. Le dossier est bien construit et fédère des spécialistes de la télédétection et de la modélisation hydrologique.

L’axe 1 du projet s’articule autour du modèle brésilien MGB. Les proposants ont jugé qu’il serait plus performant que ISBA-TRIP avec lequel une partie du travail a pourtant déjà été réalisée sur ce bassin. Ce changement de modèle n’est pas suffisamment justifié dans le document soumis. Cependant, l’équipe proposante connait bien MGB, ce qui laisse penser que ce changement pourrait être justifié. Le point fort de cet axe reste l’évaluation de nouveaux produits de précipitations, d’altimétrie et de surface inondée à travers l’application d’un modèle hydrologique. Au-delà de MT, une mission aussi importante que GPM pour l’hydrologie mérite d’être évaluée et suivie par la communauté française. Deux produits satellites sont évoqués de façon très élusive, l’occupation des sols à partir de données S1/S2 et l’évapotranspiration, dont il faudra préciser les méthodes de production et l’exploitation.

L’axe 2 vise à mettre en place le modèle couplé surface-souterrain ParFlow-CLM sur le même bassin. Les objectifs affichés (“calibration du modèle en se basant soit sur des observations de terrain, soit exclusivement à partir d’observations satellites”) sont incompatibles avec les temps de calcul annoncés. En l’absence d’un plan clair qui définisse comment les données satellite sont exploitées, le comité craint que cet axe se limite à un exercice de modélisation intéressant mais sans relation avec l’appel d’offre. Par ailleurs le CNES finance déjà le postdoc de B. Hector sur cette thématique.

L’axe 3 concerne l’animation et les perspectives à long terme à la fois scientifiques (p. ex. assimilation de données) et opérationnelles (transfert du modèle vers l’agence de bassin du Niger).

Classement A. Le comité TOSCA recommande le financement des axes 1 et 3 uniquement. L’axe 2 pourra être reconsidéré l’an prochain, sur la base d’objectifs et moyens précis, idéalement des résultats préliminaires qui illustrent le lien avec le spatial.
VolTransMESkong : Variabilité hydro-sédimentaire du bassin hydrologique du MEKONG par télédétection

Porteur : VERPOORTER (LOG)

Laboratoires impliqués : LOG, OMP-LEGOS, GET

Année de première soumission et nombre d'années prévues : APR 2016-2017, pour 2 ans

Cette étude s’inscrit dans le cadre de la caractérisation des eaux continentales. L‘objectif principal du projet, VolTransMESkong est d’analyser, de quantifier et de caractériser les flux de matières en suspension MES, la turbidité T, la qualité des eaux Chl, la matière organique particulaire POM, la matière minérale PIM et la matière dissoute colorée CDOM du bassin versant du bas-Mékong à la côte en couplant plusieurs approches utilisées dans les domaines de la télédétection satellitaire (passive et active), une approche terrain, afin d’améliorer la compréhension de la variabilité hydro-sédimentaire en réponses à des forçages climatiques, physiques mais aussi anthropiques forts.

Cette proposition va compléter des études existantes (ANR Glob-Coast-2016) mais également récemment soumises (ANR Mekong, projet NASA SILWONE). Elle est également soutenue par le CES « Cartographie et suivi des surfaces en eau » du pôle Theia.

Le TOSCA reconnait la qualité de cette proposition très bien détaillée. Bien que l’étude complète du bassin hydrologique du Mékong va fortement dépendre de l’acceptation des autres projets soumis auprès de l’ANR, l’ambition de cette proposition reste raisonnable en se focalisant sur la campagne terrain et l’exploitation temporelle des données spatiales. En revanche, l’estimation de la colonne d’eau par de nouvelles méthodes ne semble pas réaliste dans le cadre de cette proposition si les propositions ANR ne sont pas sélectionnées.

Classement A.