LES SPÉCIFICATIONS TECHNIQUES DU SERVICE COPERNICUS DE SURVEILLANCE DES TERRES
1. CHAMP D'APPLICATION
Le service Copernicus de surveillance des terres fournit aux utilisateurs dans le domaine de l'environnement et d'autres applications terrestres des informations de haute qualité fondées sur des données spatiales combinées à d'autres sources de données in situ.
Le service s'intéresse à une large palette de politiques, notamment aux politiques environnementale, agricole, régionale, de développement, des transports, énergétique et en matière de changement climatique, tant à l'échelle de l'Union qu'à celle de la planète, étant donné les engagements de l'Union européenne dans les conventions et traités internationaux.
Le service de surveillance des terres se concentre sur les priorités déjà définies par une large consultation des principaux usagers: les services compétents de la Commission, le forum d'utilisateurs de Copernicus, le réseau européen d'information et d'observation pour l'environnement (EIONET), les points focaux nationaux, les centres de référence nationaux et les parties prenantes internationales, dont les institutions des Nations unies.
2. EXIGENCES DES UTILISATEURS ET PRINCIPAUX DOMAINES D'APPLICATION
Le service Copernicus de surveillance des terres comprend une composante mondiale qui compte un élément de surveillance systématique et de surveillance des zones critiques, une composante paneuropéenne et une composante locale.
La composante mondiale de surveillance des terres soutient la Commission dans plusieurs domaines d'application. Les produits sont utilisés, entre autres, pour la surveillance des cultures, des parcours et des sécheresses, pour favoriser la gestion du bétail, étayer les études sur le climat, évaluer la qualité de l'eau et naviguer dans les eaux intérieures et sur les rivières, pour la surveillance hydrologique, l'analyse de l'irrigation, les systèmes d'alerte précoce sur les criquets, dans les études sur la santé, à des fins de préservation de la biodiversité, pour le transport, la dégradation des sols et les prévisions d'érosion des sols. Les produits sont mis à la disposition des États membres, des pays tiers, des institutions des Nations unies (FAO et PAM) et des institutions publiques, de recherche et privées.
Dans le contexte de son élément de surveillance systématique, la composante mondiale de surveillance des terres produit de multiples variables biophysiques à l'échelle de la planète qui décrivent l'état de la végétation, du bilan énergétique et du cycle de l'eau. Dans le contexte de son élément de surveillance des zones critiques, la composante mondiale de surveillance des terres fournit, à la demande, des informations détaillées sur les terres de régions spécifiques situées en dehors du territoire européen et qui représentent un intérêt pour l'Union, afin d'améliorer la politique environnementale de l'Union, sa politique de développement ou d'autres politiques. Ces informations complètent l'activité de surveillance systématique. Le troisième élément de la composante mondiale de surveillance des terres est la production de données prêtes pour analyse tirées des données satellitaires des missions Sentinel.
La composante paneuropéenne produit cinq couches thématiques à haute résolution (HRL) décrivant les principales caractéristiques d'occupation des sols: surfaces artificielles, zones forestières, zones agricoles (prairies), zones humides et petites masses d'eau. Les HRL fournissent des informations complémentaires comprenant des nomenclatures sur l'utilisation et l'occupation des sols, notamment le programme Corine Land Cover (CLC). Les HRL sont mises à jour tous les trois ans. Un ensemble de nouveaux produits HRL prévoit le développement d'une HRL «Éléments ligneux de petite taille et phénologie».
La composante paneuropéenne maintient et met à jour l'ensemble de données du programme Corine Land Cover (CLC) tous les six ans selon les années de référence 2012 et 2018. Cela inclut la production d'informations sur les changements d'occupation et d'utilisation des sols. Le programme CLC regroupe des données essentielles au calcul de l'ensemble d'indicateurs de base de l'EEE et constitue une source d'informations de référence pour de nombreux rapports thématiques sur l'environnement.
À partir de 2018, le programme CLC proposera en parallèle un produit nouvelle génération qui s'appuiera sur le concept basé sur les objets élaboré par le groupe d'action sur l'occupation des terres en Europe (EAGLE) du réseau Eionet. Ce nouveau produit en matière d'occupation des terres portera sur les exigences en mutation des utilisateurs, telles que présentées par la surveillance de l'utilisation des terres, de leurs changements et de la forêt (UTCF).
La composante locale fournit des informations spécifiques et plus détaillées sur l'utilisation et l'occupation des sols, complétant les informations obtenues grâce à la composante paneuropéenne. Elle se concentre sur des zones d'intérêt spécifiques ou des zones critiques qui sont confrontées à certains problèmes environnementaux. Le produit Atlas urbain comprend des informations tridimensionnelles sur les zones urbaines. L'Atlas urbain apporte son soutien aux politiques régionales et urbaines de l'Union et participe à l'élaboration d'une série de rapports sur la cohésion économique, sociale et territoriale dans l'Union.
La composante locale se concentre sur la cartographie et la surveillance régulière des zones sensibles d'un point de vue environnemental, actualisant les zones riveraines à la lumière de l'action 5 de la stratégie de l'Union en faveur de la biodiversité à l'horizon 2020.
Le soutien et l'analyse de l'instrument politique du réseau Natura 2000 sont au cœur de la surveillance des changements des sols et de l'utilisation des sols dans différents sites Natura 2000, ce qui comprend les menaces voisines potentielles sur le plan de l'utilisation des sols.
L'évolution de la composante locale permettra le développement d'un produit de surveillance des zones côtières (en collaboration avec le service Copernicus de surveillance du milieu marin). Un service «neige et glaces» se penche sur les économies d'échelle possibles en coopération avec les services «neige et glaces» actuels des États membres.
3. ARCHITECTURE DU SERVICE
Le service de surveillance des terres comprend les deux principales composantes suivantes: la composante mondiale et la composante européenne.
1) La composante mondiale de surveillance des terres inclut trois éléments:
a) une surveillance systématique, qui fournit de façon systématique et en temps quasi réel des variables terrestres biogéophysiques hautement prioritaires pour assurer le soutien des politiques européennes. Cette activité produit un ensemble de variables biophysiques pertinentes pour la surveillance des cultures, les prévisions de rendement des cultures, le budget carbone, la biodiversité, la disponibilité et la qualité de l'eau, la surveillance de la neige et du changement climatique à l'échelon planétaire, ainsi que d'autres variables biophysiques pertinentes à des fins de surveillance environnementale à l'échelle du continent et de la planète. La composante mondiale de surveillance des terres fournit essentiellement des produits à moyenne résolution (300 m), mais elle propose également des produits spécifiques à plus haute résolution, comme le produit de surveillance dynamique de l'occupation des terres avec une résolution de 100 m tirant profit des capacités satellitaires et de la disponibilité des données Sentinel. L'activité de surveillance systématique des terres de la composante mondiale assure une couverture complète de la Terre, contrairement aux activités paneuropéennes et locales qui couvrent des zones ciblées et précises. La qualité des variables est constamment contrôlée et la continuité chronologique des séries doit impérativement être respectée, car ces deux exigences sont extrêmement importantes dans de nombreuses applications de surveillance et d'alerte rapide;
b) la surveillance des zones critiques, qui fournit des informations détaillées à haute et très haute résolution sur l'occupation des terres ainsi que des informations thématiques de référence sur certaines zones d'intérêt pour l'Union en dehors du territoire européen, notamment dans le domaine de la gestion durable des ressources naturelles. L'activité consiste à cartographier l'occupation des sols et les changements d'occupation des sols de zones protégées et de réserves naturelles clés en Afrique, et pour le développement rural en Asie. Elle contribue à la surveillance forestière et notamment au processus de réduction des émissions issues de la déforestation et de la dégradation des forêts (REDD). La liste des zones d'intérêt à surveiller et à cartographier est définie en collaboration avec les services de l'Union et les délégations de l'Union suivant les activités de terrain actuellement menées dans ce contexte et en partenariat avec les programmes et institutions compétents. Des cartes sur mesure sur l'occupation des sols et les changements d'occupation des sols seront produites pour les zones protégées et leurs alentours afin d'étayer la stratégie de biodiversité et les activités de développement, mais aussi pour les zones d'intérêt du processus REDD+;
c) des données prêtes pour analyse (ARD): les ARD faciliteront l'adoption des observations de Sentinel-2, soutenant les communautés d'utilisateurs telles que celles du processus REDD+ pour les forêts et l'agriculture, ou les analyses environnementales grâce à des variables spécifiques. L'activité fournit la totalité des archives des données de niveau 3 de la mission Sentinel-2. La mosaïque de données de Sentinel-1 peut être fournie à la demande.
2) La composante européenne de surveillance des terres inclut deux éléments:
a) la composante paneuropéenne de surveillance des terres, qui fournit un portefeuille de services allant des mosaïques d'images à la cartographie de l'occupation des sols et des changements d'occupation des sols, en passant par la cartographie de caractéristiques d'occupation des sols thématiques complémentaires. Un premier ensemble de tâches de la composante paneuropéenne s'intéresse au post-traitement des données spatiales, à la production de mosaïques paneuropéennes d'images orthorectifiées et à des produits intermédiaires tels que les variables biophysiques. Un deuxième ensemble de tâches actualise et améliore les couches à haute résolution (HRL) sur les caractéristiques de l'occupation des sols. Les HRL sont mises à jour tous les trois ans. En tant que troisième ensemble de tâches, les séries chronologiques du programme CLC seront maintenues et mises à jour. Le programme CLC représente un produit phare du service de surveillance des terres et est actualisé tous les six ans;
b) la composante locale de surveillance des terres, qui fournit des informations plus détaillées sur l'utilisation et l'occupation des sols, complétant la composante paneuropéenne pour les zones d'intérêt spécifiques appelées «zones critiques». La composante couvre et s'intéresse de plus près à la cartographie et à l'analyse des changements des grandes zones urbaines, suivant les exercices de 2006 et 2012 de l'Atlas urbain (désormais mis à jour tous les cinq ans). La composante locale de surveillance des terres cartographie et surveille les zones sensibles d'un point de vue environnemental, actualisant le travail des zones riveraines de façon régulière. Le service des zones riveraines fournit des informations cruciales pour la surveillance et l'analyse du fonctionnement de l'écosystème et la surveillance de la biodiversité, conformément à la définition du cadre MAES (cartographie et évaluation des écosystèmes et de leurs services). Les produits en matière de changement d'occupation des sols sont également fournis dans ce contexte. En outre, des activités semblables sont entreprises pour surveiller l'évolution des sites du réseau Natura 2000 et les menaces voisines potentielles sur le plan de l'utilisation des sols. La surveillance des zones côtières se concentre, en collaboration avec le service Copernicus de surveillance du milieu marin, sur les spécificités de la bande côtière, car celle-ci constitue une zone critique associée à une complexité, des pentes, des dynamiques, des pressions et des risques sociétaux extrêmes.
4. PORTEFEUILLE DE SERVICES TECHNIQUES
La composante mondiale de surveillance des terres de Copernicus, alliée à l'élément de surveillance systématique, fournit un ensemble de variables biophysiques mondiales décrivant de façon systématique l'état et l'évolution de la végétation et des sols, le bilan énergétique à la surface des terres et le cycle de l'eau. La famille de produits sur la végétation regroupe les variables suivantes:
a) indice de végétation par différence normalisé (NDVI);
b) indice de surface foliaire (LAI);
c) fraction du rayonnement photosynthétiquement actif absorbé (FaPar);
d) fraction de couvert végétal (Fcover);
e) indice de l'état de la végétation (VCI);
f) indice de productivité de la végétation (VPI);
g) indice d'évolution de la surface verte (GEI);
h) productivité en matière sèche (DMP);
i) mesures de phénologie (PHENO);
j) évapotranspiration (ET);
k) flux de rayonnement;
l) occupation des sols dans le monde (GLC);
m) zones brûlées (BA).
La famille de produits sur le bilan énergétique regroupe les variables suivantes:
a) réflectance du couvert forestier (ToC-R);
b) albédo de surface (SA);
c) température de surface des sols (LST).
La famille de produits sur l'eau regroupe les variables suivantes:
a) humidité de surface des sols (SSM);
b) indice d'humidité des sols (SWI);
c) étendues d'eau (WB).
La famille de produits sur la cryosphère regroupe les variables suivantes:
a) étendue de la couverture neigeuse (SE);
b) équivalent en eau de la neige (SWE).
La famille de produits relatifs aux lacs regroupe les variables suivantes:
a) couverture de glace des lacs;
b) température de l'eau en surface des lacs;
c) niveau d'eau des lacs et rivières;
d) réflectance de la surface des lacs;
e) turbidité des lacs;
f) état trophique des lacs.
La famille de produits relatifs aux zones critiques est fondée sur des images à haute et très haute résolution, bénéficiant d'une résolution spatiale d'environ 1 à 30 mètres, avec une fréquence d'évaluation des changements oscillant entre un et vingt ans, acquises pour les zones d'intérêt.
La composante paneuropéenne produit des mosaïques d'images satellites, des informations sur l'utilisation et l'occupation des sols dans le cadre des données CORINE Land Cover et les couches à haute résolution.
a) Les mosaïques d'images à haute et très haute résolution sont des mosaïques rastrées orthorectifiées paneuropéennes intégrées qui sont fondées sur des images satellites couvrant 39 pays.
b) Les données CORINE Land Cover sont fournies régulièrement. Les séries chronologiques incluent également une couche de changement, mettant en évidence les changements d'occupation et d'utilisation des sols.
c) CLC+ fournit le produit CLC de nouvelle génération, réduisant l'unité de cartographie minimale à +/– 0,5 ha et appliquant un modèle de données construit sur le concept EAGLE.
d) Les couches à haute résolution (HRL) sont des jeux de données rastrées fournissant des informations sur différentes caractéristiques d'occupation des sols qui complètent les jeux de données de cartographie de l'occupation des sols. Les HRL fournissent quelques-unes des principales caractéristiques d'occupation des sols: surfaces imperméables (étanches); zones forestières (couverture arborée, densité de fermeture du couvert et type de feuille); prairies; zones humides et masses d'eau; éléments ligneux de petite taille.
La composante locale fournit des informations spécifiques et plus détaillées complétant les informations obtenues grâce à la composante paneuropéenne. La composante locale se concentre sur différents types de zones critiques, c'est-à-dire des zones exposées à des problèmes et enjeux environnementaux particuliers. Elle est fondée sur une imagerie à très haute résolution (pixels de 2,5 × 2,5 m) en combinaison avec d'autres jeux de données disponibles (images à moyenne et haute résolution) couvrant la région paneuropéenne.
Les produits de la composante locale sont les suivants:
a) l'Atlas urbain, fournissant des données paneuropéennes comparables sur l'utilisation et l'occupation des terres (troisième dimension comprise) couvrant plusieurs zones urbaines fonctionnelles (ZUF);
b) les zones riveraines, portant sur l'utilisation et l'occupation des terres dans des zones en bordure de rivières;
c) les sites du réseau Natura 2000 (N2K).
5. BESOINS EN DONNÉES
5. 1. Données d'observation satellitaires
Les données satellites nécessaires à l'élaboration de produits sont fournies par l'Agence spatiale européenne (ESA) dans le contexte de l'entrepôt de données stockant les images satellites de Copernicus. Les sondes de données de la liste suivante sont prises en compte: capteurs optiques à haute résolution et très haute résolution dans le domaine visible et le proche infrarouge, accompagnés de capteurs DAS à haute résolution et de capteurs optiques à moyenne résolution dans le domaine infrarouge de courte longueur d'onde.
La surveillance systématique des terres de la composante mondiale est fondée sur les composés spatiaux et temporels de données satellites issues de spectroradiomètres, de radiomètres micro-ondes, d'altimètres et de radars à synthèse d'ouverture. Des satellites géostationnaires et en orbite polaire sont utilisés pour la production et transmettent leurs données en temps quasi réel afin de fournir les variables aux utilisateurs moins de trois jours après chaque période de dix jours. Pour garantir la continuité des observations et la disponibilité des longues séries chronologiques, plusieurs sondes sont regroupées. Les données interétalonnées sont disponibles à la demande.
Les éléments de cartographie d'utilisation et d'occupation des terres des composantes locale, paneuropéenne et mondiale sont basés sur des données satellites à haute ou très haute résolution issues de spectroradiomètres et de radars à synthèse d'ouverture. Les données historiques sont également requises pour l'analyse des changements. La cartographie paneuropéenne est fondée sur une couverture pluritemporelle complète couvrant 39 pays européens. Les données des missions Sentinel-1 et Sentinel-2 sont intégrées au processus sur le plan opérationnel. Elles peuvent être complétées par des données satellites à très haute résolution pour certaines applications et à des fins de validation.
5. 2. Données d'observation in situ
Les services terrestres de Copernicus ont recours à des données in situ pour les activités d'étalonnage et de validation.