Cartographie numérique: Cartographie des arbres dans les zones arides et semi-arides de l'Afrique de l'ouest

Une équipe internationale de scientifiques a utilisé l'intelligence artificielle et des satellites commerciaux pour identifier un nombre étonnamment élevé d'arbres répartis dans les zones arides et semi-arides de l'Afrique de l'Ouest. Ces zones arides étaient auparavant classées comme ayant peu ou pas de couverture arborée, mais de nouvelles techniques d'analyse prouvent le contraire. Les résultats pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre et quantifier le rôle des zones arides dans le stockage et le cycle du carbone.

Sources :

Martin Brandt, Kjeld Rasmussen, Des milliards d’arbres cartographiés dans le désert grâce à des satellites et des supercalculateurs (The Conversation, 8 avril 2021).
Brandt, M., Tucker, C.J., Kariryaa, A. et al. (2020) An unexpectedly large count of trees in the West African Sahara and Sahel. Nature, 587, pages 78–82 (2020).
Counting Trees in Africa’s Drylands, Nasa Earth Observatory

L'équipe de recherche a utilisé le supercalculateur Blue Waters de l'Université de l'Illinois et une technique d'intelligence artificielle appelée apprentissage profond pour cartographier les arbres. Dirigée par Martin Brandt de l'Université de Copenhague, l'équipe a d'abord passé un an à examiner à l'œil nu les images satellitaires commerciales et à identifier 90 000 arbres individuels afin de créer un ensemble de données de formation pour l'ordinateur. Ankit Kariryaa de l'Université de Brême a dirigé le développement du traitement informatique d'apprentissage profond.

Une fois que Brandt et ses collègues ont développé et testé ce jeu de données, Blue Waters, l'un des supercalculateurs les plus rapides au monde, n'a mis que quelques jours pour identifier près de 2 milliards d'arbres sur 1,3 million de kilomètres carrés de l'Afrique subsaharienne.

Les précédentes études de cartographie de la couverture terrestre de la région reposaient sur des images satellite avec une résolution de 10 à 30 mètres (la distance visible à l'intérieur de chaque pixel). De telles études classaient les grands andains comme des prairies ou des sols dénudés lorsque les arbres couvraient moins de 20 pour cent de la superficie terrestre.

Pour la nouvelle étude, Brandt et ses collègues ont utilisé des images commerciales à haute résolution (0,5 mètre) des satellites DigitalGlobe, notamment QuickBird-2, GeoEye-1, WorldView-2 et WorldView-3. Brandt a eu accès aux images grâce au programme d’acquisition de données commerciales Smallsat (CSDA), qui acquiert des données de sources commerciales pouvant soutenir les objectifs de recherche et d’application des sciences de la Terre de la NASA.

La méthode d'apprentissage automatique de Brandt a identifié 1,8 milliard d'arbres individuels se trouvant à l'extérieur des zones classées comme forêts. Il a également mesuré le diamètre de la couronne de chaque arbre. La couverture arborée était, comme on pouvait s'y attendre, plus élevée dans les zones avec plus de précipitations. « Le couvert forestier passe de 0,1 pour cent (0,7 arbre par hectare) dans les zones hyperarides, à 1,6 pour cent (9,9 arbres par hectare) dans les zones arides et 5,6 pour cent (30,1 arbres par hectare) dans les zones semi-arides, à 13,3 pour cent ( 47 arbres par hectare) dans les zones subhumides », ont écrit les chercheurs dans la revue Nature. « Bien que la couverture globale de la canopée soit faible, la densité relativement élevée d'arbres isolés remet en question les récits dominants sur la désertification des zones arides. Le désert montre une densité d'arbres étonnamment élevée.

Cartographier les arbres en dehors des forêts à ce niveau de détail prendrait des mois ou des années avec les méthodes d'analyse traditionnelles, de sorte que l'utilisation d'images à très haute résolution et d'apprentissage automatique représente une avancée significative. Les prochaines étapes pour l'équipe de recherche concernent l'extension de leur zone d'étude pour étudier l'Afrique et l'estimation du carbone contenu dans ces arbres. « Nous ne savons pas grand-chose du rôle de ces zones arides dans le cycle mondial du carbone », a déclaré Brandt. « Cette recherche est un pas en avant pour combler ce manque de connaissances.»

Brandt et ses collègues ont publié leur ensemble de données - qui comprend l'emplacement et le diamètre de la couronne des arbres en Afrique de l'Ouest - par le biais du Centre d'archives actives distribuées du Oak Ridge National Laboratory (ORNL DAAC). Les utilisateurs peuvent également le trouver grâce au moteur Earthdata de la Nasa.

Pour compléter

Global Forest Change (analyse de séries chronologiques d'images Landsat caractérisant l'extension et les changements des espaces forestiers dans le monde) :
http://earthenginepartners.appspot.com/science-2013-global-forest

La grande muraille verte, clef de l'avenir de l'Afrique (France Culture)
http://www.franceculture.fr/emissions/grand-reportage/la-grande-muraille-verte-clef-de-lavenir-de-lafrique