Analyse de la dynamique de la production végétale en lien avec le climat en Afrique de l'ouest (2002-2011) par télédétection satellitaire

Lara Lopez Diana Alexandra. 2012. Analyse de la dynamique de la production végétale en lien avec le climat en Afrique de l'ouest (2002-2011) par télédétection satellitaire. Montpellier : AgroParisTech, 54 p. Mémoire de master 2 : Gestion environnementale des écosystèmes et forêts tropicales : AgroParisTech

Encadrement : Bégué, Agnès ; Smektala, Georges

Résumé : La sécurité alimentaire reste un sujet d'actualité en Afrique de l'Ouest. La définition des bassins de production ou de paysages homogènes est l'un des principaux points de départ pour la réalisation de notre objectif qui est d'analyser la dynamique des surfaces végétales et agricoles en lien avec le climat notamment la pluviométrie en Afrique de l'ouest sur les dix dernières années, à partir des séries temporelles d'images à moyenne résolution spatiale. Les images MODIS ont été compilées sur l'ensemble de l'Afrique de l'Ouest entre 2002 et 2011. Deux produits ont été utilisés dans cette étude : le produit MOD13A1, notamment la bande de synthèse 16 jours de NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) et la bande de qualité (pixel reliability), et le produit MCD12Q1, à partir duquel nous avons extrait la bande Land Caver Type 1. Les deux produits ont une résolution spatiale de 500 mètres. Les images ont été prétraitées avec les logiciels Erdas et ENVI. L'analyse des tendances a été menée en deux temps : segmentation de l'espace régional et analyse des tendances de chaque segment. Plusieurs segmentations ont été faites avec le logiciel eCognition. La qualité de ces segmentations a été évaluée de façon non supervisée à partir d'indicateurs statistiques issus de la bibliographie qui prennent en compte l'homogénéité intra-région et l'hétérogénéité inter-région. Les paramètres de segmentation les plus appropriés pour notre zone d'étude, sont : paramètres d'échelle : 500 ; critère de forme : 0,7 ; critère de compacité : 0,9. L'analyse de tendances de la production végétale a été menée en traçant une régression linéaire entre le NDVI moyen annuel et les années pour chaque segment de l'espace sur l'ensemble de l'Afrique de l'Ouest pendant les 10 ans. Nous avons trouvé une tendance du NDVI à la diminution de 20% de l'ensemble de la zone, à la stagnation de 72% et à l'augmentation de 8%. L'analyse géographique des résultats montre que le Sénégal, la Mauritanie et le Mali sont les pays les plus touchés par une augmentation du NDVI (respectivement 35%, 24% et 18% de la surface du pays), alors que la République démocratique du Congo, la Guinée équatoriale et le Sierre Leone montrent une forte baisse du NDVI moyen sur la période avec respectivement 63%, 61% et 50% du territoire concerné. A partir de la segmentation, une analyse des tendances de la pluviométrie a été menée avec la même méthode en utilisant des données satellitaires RFE de cumul pluviométrique. Les pays qui montrent une tendance à la diminution de la pluviométrie sont principalement la Guinée équatoriale, le Nigeria, le Gabon et le Cameroun (respectivement 42%, 37%, 31% et 21%). En revanche, on observe une augmentation de la pluviométrie dans le sud soudanien et guinéen, et l'on n'observe aucune tendance dans le nord sahélien. Une régression linéaire entre les valeurs moyennes de NDVI et les précipitations ont été calculées, en obtenant une corrélation de 0,52 pour la zone soudano-sahélienne, et de 0,23 pour la zone guinéenne. Ces résultats sont sans surprise, et confirment que dans le sud de la zone d'étude, la pluie n'est pas un facteur limitant de la production végétale. Finalement, les pays avec la plus forte augmentation des surfaces agricoles sont le Nigeria, le Burkina Faso et le Sénégal (17%, 6% et 5% respectivement), et ceux qui ont la plus forte diminution sont le Ghana et le Cameroun (9%, 5%).

Résumé (autre langue) : Food security remains a hot topic in West Africa. The definition of production areas or homogeneous landscapes is one of the main starting points for achieving our objective which consists on analyzing the dynamics of plant and agricultural surfaces related to climate, especially rainfall in West Africa over the last ten years, from the time series of medium spatial resolution images. MODIS images have been compiled on the entire West Africa between 2002 and 2011 . Two products were used in this study: the MOD13A1 product, including a synthesis band of 16 days NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) and a quality band (pixel reliability); and the product MCD12Q1, from which the Land Cover Type 1 band has been used. Bath products have a spatial resolution of 500 meters. The images were preprocessed with the software Erdas and ENVI. Trend analysis was conducted in two stages: a first regional space segmentation was performed and the analysis of trends in each segment was extracted. Several segmentations have been made with the eCognition software. The quality of the segmentation was evaluated from unsupervised statistical indicators from the literature that take into account the intra-region homogeneity and the inter-region heterogeneity. From the previous analysis the best segmentation parameters were: scale parameter: 500; shape: 0.7; compactness: 0.9. The analysis of trends in vegetal production was conducted by plotting the average values of NDVI in each segment for the different years. A decreasing trend was found in 20% of the area, a stagnation in 72% of the area and an increasing trend in the resting 8%. The geographical analysis of the results shows that Senegal, Mauritania and Mali are the most affected countries by an increase in NDVI (35%, 24% and 18% of the country's surface), while the Democratic Republic of Congo, Equatorial Guinea and Sierra Leone show a sharp decline in the average NDVI (63%, 61% and 50% of the territory) . From the segmentation, trend analysis of rainfall was conducted with the same method using satellite data RFE rainfall accumulation. Countries that show a decreasing trend in rainfall are mainly Equatorial Guinea, Nigeria, Gabon and Cameroon (42%, 37%, 31% and 21%). In contrast, we observed an increase in rainfall in the southern Sudanese and Guinean and there is no trend in the northern Sahel. A linear regression between average values of NDVI and rainfall was calculated, obtaining a correlation of 0.52 for the Sudano-Sahelian zone, and 0.23 for the Guinean zone. These results are not surprising and confirm that in the south of the study area, rainfall is not a limiting factor for crop production. Moreover, the relation between the trend of NDVI and agricultural extent in each segment were analyzed, however the correlation obtained was not satisfactory, making necessary to add other variables such as crop yields. Finally, countries with the highest increase of agricultural land are Nigeria, Burkina Faso and Senegal (17%, 6% and 5% respectively), and those with the largest decrease are Ghana and Cameroon (9 %, 5%).

Classification Agris : U10 - Informatique, mathématiques et statistiques
U30 - Méthodes de recherche
F01 - Culture des plantes
B10 - Géographie
P40 - Météorologie et climatologie

Auteurs et affiliations

• Lara Lopez Diana Alexandra, AgroParisTech (FRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/577090/)

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