En utilisant des images satellite à haute résolution et l’IA, une équipe internationale de scientifiques de la NASA a cartographié 10 milliards d’arbres dans les terres arides d’Afrique. Le but ? Évaluer la quantité de carbone piégé dans les arbres africains.
Le résultat est la première estimation complète de la densité de carbone des arbres dans les zones africaines du Sahara, du Sahel et du Soudan. L’équipe a rapporté ses découvertes le 1er mars dans Nature (rèf.) et les données sont gratuites et disponibles au public.
La durée de vie du carbone
Les chercheurs ont découvert qu’il y avait beaucoup plus d’arbres dispersés dans les régions semi-arides d’Afrique que ce qui était précédemment estimé, mais qu’ils stockaient également moins de carbone que prévu dans les modèles. Dans la nouvelle étude, l’équipe a estimé qu’environ 0,84 pétagrammes de carbone sont piégé dans les arbres africains. Un pétagramme équivaut à un milliard de tonnes.
Avoir une estimation précise du carbone des arbres est essentiel pour les projections sur les changements climatiques. Ceux-ci sont influencés par la durée pendant laquelle les arbres et les autres végétaux stockent le carbone. La durée de vie du carbone est très courte pour les herbes et les buissons, qui poussent saisonnièrement, mais beaucoup plus longue pour les arbres qui poussent pendant des années.
Au-delà des vastes forêts tropicales dispersées au centre du continent, les paysages africains s’étendent des prairies arides avec peu d’arbres aux savanes avec des arbres dispersés jusqu’aux zones les plus humides avec de nombreux arbres dispersés. Cette couverture arborée dispersée a rendu difficile l’estimation du nombre d’arbres dans ces zones, et il y a souvent eu des surestimations ou des sous-estimations. Pourtant, de telles mesures sont essentielles pour les efforts de conservation et pour comprendre le cycle du carbone sur notre planète.
L’aide de l’IA
“Notre équipe a collecté et analysé les données sur le carbone jusqu’au niveau de chaque arbre dans les vastes régions semi-arides d’Afrique. Cette analyse n’avait été effectuée que sur de petites échelles locales”, a déclaré Compton Tucker, scientifique au Goddard Space Flight Center de la NASA. Les estimations satellitaires précédentes du carbone des arbres dans les terres arides d’Afrique confondaient souvent les herbes et les arbustes avec des arbres. “Cela a conduit à des prévisions excessives de carbone”.
Le carbone circule constamment entre la terre, l’atmosphère et l’océan. Les arbres éliminent le dioxyde de carbone de l’atmosphère terrestre lors du processus de photosynthèse et le stockent dans leurs racines, troncs, branches et feuilles. C’est pourquoi l’augmentation de la couverture arborée est souvent suggérée comme un moyen de compenser les émissions de carbone en constante augmentation.
Dans l’étude, l’équipe a utilisé des algorithmes sophistiqués d’apprentissage automatique et d’IA pour trier plus de 326 000 images satellites. Les chercheurs ont acquis les images par le biais du Center for Climate Simulation de la NASA. En exploitant le Explore/ADAPT Science Cloud, ils ont préparé les images pour l’apprentissage automatique.
Les résultats et le changement climatique
Martin Brandt de l’Université de Copenhague a compilé les données d’entraînement de l’IA à partir de 89 000 arbres individuels. Son collègue Ankit Kariyaa a adapté un réseau neuronal afin que les ordinateurs puissent détecter les arbres individuels sur des images haute résolution à une échelle de 50 centimètres, des paysages les plus arides et les moins verdoyants d’Afrique.
Les chercheurs ont défini un arbre comme toute chose ayant une couronne verte et feuillue et une ombre adjacente. À partir de là, ils ont formé le logiciel d’apprentissage automatique à compter les arbres pendant des millions d’heures de calcul intensif sur le superordinateur Blue Waters de l’Université de l’Illinois. Lorsque l’équipe a comparé les résultats de l’apprentissage automatique avec les évaluations humaines du paysage, les ordinateurs ont atteint une efficacité de 96,5% dans la mesure de la surface de la couronne des arbres.
À partir des mesures, les scientifiques peuvent déterminer la quantité de carbone dans les feuilles, les racines et le bois de chaque arbre. Un groupe dirigé par Pierre Hiernaux de l’Université de Toulouse a examiné 30 espèces différentes pour mesurer la masse foliaire, ligneuse et racinaire. En évaluant les masses de carbone, ils ont établi une relation statistique avec la surface de la couronne des arbres. Les résultats seront utiles pour les scientifiques et les étudiants étudiant le cycle du carbone. Mais surtout, ils devraient être utiles pour les politiciens cherchant à lutter contre le changement climatique et les agriculteurs qui voudront déterminer le carbone stocké dans leurs champs.