IRRISAT-MAROC

Projet terminéLe projet IRRISAT-MAROC a permis de rendre opérationnelle la production d’informations et d’indicateurs sur l’eau d’irrigation à l’échelle de la parcelle à travers la plateforme SAT’IRR et aux échelles des bassins versants et des périmètres irriguées par le biais de l’interface IRRISAT. Les produits aux échelles globales ont été fournis à l’Office Régional de Mise en Valeur Agricole (ORMVAG), l’agence du Bassin Hydraulique de Sebou (ABHS) et l’Institut National de Recherche Agronomique de Kénitra (INRA-Kénitra), partenaires du projet. La plateforme SAT’IRR a été installée au CRTS et permettra de diffuser les conseils dans une première étape à une dizaine d’agriculteurs préalablement identifié dans les régions du Gharb et du Haouz. 

PRÉSENTATION

Au Maroc, la maitrise de l’eau revêt un caractère vital car le contexte climatique et hydrologique y est extrêmement fragile. Les changements climatiques, à travers des évènements extrêmes de plus en plus récurrents de sécheresse et d’inondations, et la pression d’une demande croissante sont autant de facteurs qui imposent de planifier les stratégies de développement et de gestion des ressources en eau. Le Maroc a ainsi entamé les premières études de planification des ressources en eau dès les années 1970.

Aujourd’hui, le Ministère de l’équipement, du Transport, de la Logistique et de l’Eau a notamment mis en place un programme d’approvisionnement en eau potable et d’irrigation entre 2020-2027, avec un budget de 115,4 milliards de Dirhams (soit 10,7 milliards d’Euros). En plus de renforcer la disponibilité de l’eau à travers la construction de 20 nouveaux barrages et le dessalement de l’eau de mer, un axe important de ce programme concerne la poursuite de la modernisation des réseaux d’irrigation, de la reconversion collective à l’irrigation localisée ainsi que la réalisation de l’économie de l’eau d’irrigation par l’usage des Nouvelles Technologies de l’Information.

Dans ce contexte, nous avons souhaité faire entrer en synergie deux projets de recherche : IRRISAT Maroc, initié par le CRTS en 2015 sur le périmètre irrigué de Tadla, et SAT’IRR, initié par le CESBIO en collaboration avec l’Université Caddi Ayad de Marrakech, sur le périmètre irrigué du Haouz. Ces 2 projets ont déjà fourni aux gestionnaires locaux de l’irrigation et aux agriculteurs un système d’aide à la prise de décision en matière d’économie d’eau et de productivité en se basant sur les techniques d’observation de la Terre.

Deux approches complémentaires

• IRRISAT se base principalement sur les observations spatiales dans la gamme de l'infrarouge thermique

Dans le cadre d’un projet antérieur sur le périmètre irrigué du Tadla, IRRISAT utilise le modèle SEBAL pour l’estimation de l'évapotranspiration (réelle, potentielle et de référence), de la biomasse et de l'humidité du sol ainsi que la production d’indicateurs sur la consommation, les besoins et la productivité de l’eau d’irrigation. Une plateforme en ligne a été développée pour la mise à disposition de ces informations au profit de l’Office Régional de Mise en Valeur Agricole du Tadla (ORMVAT), des agriculteurs de la région et de l’Agence du Bassin Hydraulique d’Oum Rbaii (ABHOER).

▲ IRRISAT génère ses produits à une fréquence de 16 jours à 30m de résolution avec les données Landsat, et à une fréquence quotidienne à 100 m de résolution en utilisant les données PROBA-V et NPP-VIIRS. © IRRISAT

• SAT'IRR s'appuie sur les bilans hydriques

La méthodologie de SAT'IRR (Satellite for Irrigation Scheduling) utilise la méthode de la FAO56 pour calculer un bilan hydrique journalier à l'échelle des parcelles des utilisateurs. Les observations spatiales (Sentinel-2, Landsat-8) servent à caractériser le développement des cultures. Un bilan hydrique est calculé en comparant le développement des cultures prédit à partir des données météorologiques et satellitaires au développement optimal de ces cultures. L'objectif consiste à prédire la date et la quantité de la prochaine irrigation avec un préavis d'environ quatre jours. Le logiciel, développé à partir de ressources purement open-source, a été conçu pour être économe en calcul et en stockage afin de pouvoir fonctionner sur un petit serveur. La plateforme SAT'IRR a déjà été testée dans plusieurs pays (Espagne, France, Maroc, Tunisie, Liban) sans aucun problème technique ou pratique, et son interface web s’adresse aux agriculteurs.

Site(s) d’application

Maroc :

• Région irriguée du Gharb
• Bassin hydraulique du Tensift
• Bassin hydraulique de Sebou

◀︎ Trois sites expérimentaux ont été déployés spécifiquement dans le cadre du SCO IRRISAT, grâce à des financements complémentaires du CRTS et du projet ERANETMED CHAAMS. Un dans la plaine du Haouz aux alentours de Marrakech, deux dans le bassin versant du Bouregreg, à environ une heure de Rabat. Les sites ont été choisis pour leur diversité de cultures, avec des cultures annuelles à l'est de Marrakech, un vignoble et un verger d'orangers, à proximité de Rabat. Nous avons également pu nous appuyer sur le Laboratoire Mixte International TREMA pour utiliser et compléter le site expérimental d’oliviers à l’ouest de Marrakech.

Les sites de Kénitra et de Chichaoua sont équipés par un système Eddy-covariance qui permet de mesurer le flux d’évapotranspiration. Les sites de Berchoua (vignoble) et Bouidda, sont des dispositifs plus légers (IRT, humidité du sol, compteur irrigation). Toutes ces données, mesurées au pas de temps horaire, sont transmises quotidiennement au serveur. Après la fin du projet IRRISAT-MAROC, les dispositifs de Kénitra, Chichaoua et Berchoua restent pérennes.

▲ Instruments déployés au site de Berchoua : une station météo (P, T°, Hr), un IRT (Température de Surface), un compteur d’irrigation et deux capteurs d’humidité du sol. © CRTS	▲ Système Eddy-covariance déployé sur le verger d’oranger de Kénitra. © CRTS

DONNÉES

Satellites Optiques

• VIIRS, résolution 375 m
• Landsat, résolution 30 m
• Sentinel-2, résolution 10 m
• Mohammed VI A et B, résolution ~ 2 m

Satellites Radar

• Sentinel-1, résolution 10 m

Autres

• Données météorologiques

. Données station : Pluviométrie quotidienne, température de l’air horaire, humidité relative horaire, vitesse du vent à 2m horaire, rayonnement solaire

. Données sous forme de grille à 1km : Données d’assimilation du Land Information System (LIS), Rayonnement solaire LANDSAF

• Données terrain

. Mesures de l’humidité du sol
. Mesures météo et irrigation
. Mesures des flux d’évapotranspiration par le système  Eddy-Covariance
. Enquêtes d’occupation du sol

Méthodologie mise en œuvre

Pour assurer la pérennité des résultats et passer à une phase opérationnelle, plusieurs actions de préparation ont été effectuées.

• Une étude de marché concernant l’aide à l’irrigation par satellite au niveau global et marocain 

Notre enquête sur les deux marchés existants de la télédétection appliquée à l'agriculture et du matériel d'irrigation montre qu’ils sont parfois fusionnés en un seul, appelé agriculture de précision. Les pays pratiquant une agriculture intensive sont intéressés par le contrôle de l'irrigation, mais en dehors des régions semi-arides, les principales motivations sont les économies de main-d'œuvre et/ou d'énergie (utilisée pendant un cycle d'arrosage), avant une gestion rationnelle des ressources en eau. Les études de marché indiquent que le marché du contrôle de l'irrigation offre des perspectives intéressantes, compte tenu de la demande et du potentiel de croissance, mais que la taille du marché est faible. Il semble donc qu'il y ait une convergence vers des systèmes de gestion agricole intégrée qui peuvent intégrer des services tels que l'équipement et les services de contrôle de l'irrigation. Les principaux fournisseurs de solution d’aide à la décision d’irrigation sont souvent des fabricants de matériel ou des fournisseurs agricoles. Cependant, comme l’indiquent les recensements agricoles américains (USDA Census of Agriculture 1998-2018), l’usage de ces outils est encore rare.

Nous avons également effectué une enquête par interview ouverte auprès de 15 agriculteurs de la région du Haouz de Marrakech. Malgré l’étroitesse du panel, cela a permis de dessiner quelques conclusions préliminaires.

👉 14 des 15 agriculteurs s'appuient uniquement sur l'observation directe du sol et de la plante pour décider du déclenchement de l'irrigation. L'observation de l'agriculteur se concentre sur les changements dans les caractéristiques de la plante tels que les changements de couleur, l'enroulement des feuilles et le flétrissement, ainsi que sur la teneur en eau de la couche superficielle du sol pour déterminer si la plante a encore de l'eau. Les aléas climatiques (pluie, vent, température, etc.) et le stade de croissance de la culture ont également un impact sur le choix. La décision est basée uniquement sur l'expérience de l'agriculteur, sans connaissance des quantités précises dont la plante a besoin et sans conscience des pertes d'eau causées par ces pratiques conventionnelles. Dix des agriculteurs interrogés sont satisfaits de leurs méthodes parce qu'elles sont efficaces, mais aussi parce qu'ils n'ont pas d'autre choix et qu'il est difficile de les convaincre du contraire. En revanche, 5 personnes ont exprimé leur insatisfaction vis-à-vis de leurs pratiques : elles estiment que ces méthodes sont fastidieuses, nécessitent beaucoup de suivi, sont imprécises, et surtout entraînent des pertes d'eau, une hypoxie (insuffisance d’oxygène) racinaire (due à l'excès d'eau), et une répartition hétérogène sur la parcelle. La plupart des agriculteurs sont satisfaits de l'irrigation localisée, qui demande moins de travail et semble consommer moins d'eau. Comme l'a dit un agriculteur, "l'eau pousse l'eau", ce qui signifie que l'eau ajoutée par l'irrigation par submersion pousse l'eau sous la zone racinaire.

Nous avons ensuite catégorisé les priorités des agriculteurs comme suit :

• Déploiement de sites expérimentaux

Nous avons travaillé sur quatre sites expérimentaux dont trois ont été spécifiquement déployés dans le cadre du projet IRRISAT-MAROC (voir rubrique Sites d’application).

• Partage de la mesure quasi temps réel provenant des partenaires

Plusieurs des partenaires institutionnels ou scientifiques du projet (ORMVAH, INRA, LMI TREMA) ont mis à disposition du SCO IRRISAT leurs mesures météo en temps quasi réel. Ces mesures locales permettent d’avoir un réseau relativement fin et in situ des principaux paramètres météo comme, la vitesse du vent, le rayonnement solaire, la température de l’air, l’humidité relative et les précipitations. De notre côté, nous avons développé les interfaces informatiques pour télécharger et mettre à jour nos bases de données.

• Amélioration des plateformes IRRISAT et SAT’IRR

Dans l’optique d’aller vers deux plateformes interconnectées, plusieurs améliorations ont été apportées :

• Une base de données commune aux deux plateformes a été mise en place pour les mesures in situ (météo, irrigation, humidité du sol). Cette base de données permet d’interagir plus facilement avec les fournisseurs de données à travers des APIs dédiées.
   
• Actions IRRISAT :
  1. Une interface back office a été développée pour gérer de façon plus agile le lancement des tâches.
  2. Réalisation de carte des cultures
  3. Une étude visant à améliorer la résolution spatiale de la température de surface a été menée. La meilleure solution trouvée jusqu’à présent passe par l’apprentissage par Machine Learning entre les observations Landsat et VIIRS. Les performances obtenues sont globalement satisfaisantes (erreur moyenne de 2.02°), mais encore insuffisante pour la résolution du bilan d’énergie.
      
• Actions SAT’IRR :
  1. La gestion de ces données est dorénavant gérée dans une base de données dédiée, et d’autres indicateurs tels que le NDWI (humidité) peuvent être facilement générés.
  2. Étant donné qu’il est maintenant possible d’ingérer plusieurs sources de données météo, un orchestrateur permet de gérer la priorité d’utilisation des sources de données.
  3. Un modèle spécifique pour les arbres et les vignobles s’appuyant sur les travaux de Allen et Pereira, 2009 a été implémenté.
  4. Des bilans hydriques parallèles permettent dorénavant d’évaluer l'impact de différentes alternatives de déclenchement de l'irrigation (par exemple irrigation par aspersion vs irrigation en goutte à goutte).
  5. Enfin, la sécurité informatique de l’application a été entièrement révisée (prévention d’ingestion, captcha…) afin de rendre possible le déploiement au CRTS

RÉSULTATS - PRODUITS FINAUX

Nous présentons ici les principaux résultats obtenus durant les 18 mois du projet. Ces résultats ainsi que la méthodologie ci-dessus sont détaillés dans le rapport final qui sera prochainement disponible au téléchargement.

Interface back-office de génération des produits IRRISAT

La génération des produits issus du modèle du bilan d’énergie SEBAL et des indicateurs de consommation, de besoin et de productivité de l’eau qui en découlent, nécessite la définition de plusieurs paramètres de configuration. Une interface qui permet d’intégrer l’ensemble de ces paramètres et des fonctionnalités de génération de visualisation et d’analyse des produits cités ci-haut. Elle permet en particulier de :

• Générer les cartes d’évapotranspiration, de biomasse et d’humidité du sol, sorties du modèle SEBAL, à partir des données satellites Landsat et VIIRS,
• Générer les indicateurs de consommation de besoin et de productivité de l’eau,
• Visualiser les différents produits générés,
• Générer des statistiques des produits générés sur des découpages territoriaux préalablement définis par l’utilisateur tels que les types de cultures par découpage administratif.

  Cartographie biannuelle de l’occupation du sol

Production d'indicateurs pour le bassin du Sebou et le périmètre irrigué du Gharb pour les années 2019-2020, 2021-2022 et 2022-2023

Vers une amélioration de la résolution du canal thermique du capteur VIIRS à partir de Landsat et Sentinel-2

 Une simulation « offline » de SAT’IRR sur une parcelle de maïs à Chichaoua en 2021-22

Une simulation « online » de SAT’IRR sur la parcelle d’olivier de Chichaoua en 2023

Dans cette expérience, une station météorologique mesure les précipitations, la vitesse du vent, la température et l’humidité de l'air, ainsi que le rayonnement global toutes les 30 minutes. La jauge d'irrigation mesure la quantité d'irrigation tous les 100 litres, et la cumule toutes les 30 minutes. Les deux stations transmettent leurs mesures indépendamment 2 fois par jour au serveur. SAT’IRR ingère les données météorologiques et d'irrigation une fois par jour. SAT’IRR recherche également de nouvelles images Sentinel-2 et, si elles sont disponibles, les traite et calcule le coefficient cultural de base (Kcb), c’est-à-dire le coefficient pondérant la consommation en eau en fonction de la plante. Les prévisions météorologiques sont finalement ingérées pour les jours suivants. Kcb est également extrapolé pour la même période.

Multiples bilans hydriques dans SAT’IRR

Les scénarios d'irrigation qui en résultent sont très différents, et permettent à l’utilisateur de percevoir l’impact d’alternatives de méthodes d’irrigation.

Conclusions et perspectives

Beaucoup d'efforts ont été faits en matière d’accords de partenariat, de développement de logiciels, d'installations expérimentales, d'enquêtes au cours de IRRISAT-MAROC, mais le chemin reste encore long et incertain.

Des améliorations logicielles sont nécessaires des deux côtés, aussi bien du côté serveur que de l’interface client. L’intégration que nous voulions atteindre demandera encore du travail. Les nouvelles missions spatiales thermiques pointant le nez (Constellar, Thrishna, ESA LST), il faudra adapter les chaines de traitement. Etant donné que la plateforme permet de gérer correctement les différents inputs, il semble possible de faire tourner en parallèle et en temps quasi-réel des modèles alternatifs de l’estimation de l’évapotranspiration, ce qui permettrait d’obtenir une meilleure estimation de l’incertitude inhérente à ces approches.

Du côté des utilisateurs, le projet a permis de mettre en place des collaborations très intéressantes et de déployer de nouvelles parcelles expérimentales avec différents types de cultures. Cependant les parcelles expérimentales sont toutes irriguées en goutte à goutte et il sera pertinent d’étendre l’échantillon avec au moins une parcelle de culture extensive irriguée par inondation ou par aspersion.

Dorénavant, l'objectif du travail avec les agriculteurs sera de mieux comprendre leurs besoins, en comparant leur propre compréhension et expérience, aux mesures des capteurs qui sont très locales, et aux estimations parcellaires issues du modèle.

Dans un proche avenir, une fois les problèmes de sécurité d’accès au serveur SAT’IRR, la plateforme de diffusion SAT’IRR sera accessible par une dizaine d’agriculteurs ou de coopératives préalablement choisis par nos partenaires locaux, ce qui nous permettra d’avoir un retour d’expériences à ce sujet.

Finalement, des travaux en cours de développement d’une plateforme commune aux deux approches du projet IRRISAT MAROC sont en cours, en collaboration entre le CRTS et le CESBIO.

Les actus du projet

• 11/06/2024 : IRRISAT : données satellite pour stratégie hydrique
• 21/12/2023 : Présentation du projet IRRISAT et de ses avancées lors de la 11^ème Trimestrielle du SCO France « Des services innovants pour des pratiques agricoles résilientes »