La superinformatique remonte dans le temps : 
Reconstruction de l’histoire des forêts canadiennes

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Le Canada est un vaste pays où dominent les écosystèmes forestiers. Sur une surface totale de près d’un milliard d’hectares, le Canada possède environ 350 millions d’hectares de terres boisées.

Au Service canadien des forêts (SCF), le chercheur principal Mike Wulder et ses collègues Joanne White et Geordie Hobart travaillent avec l’imagerie de la série de satellites Landsat depuis des décennies. Auparavant, leur travail était limité par la capacité de transfert de données, les logiciels de calcul et le matériel ainsi que par le degré d’automatisation en raison de l’état de la science et de la nature des données.

Non seulement les capacités informatiques s’améliorent-elles, mais on voit de plus en plus les agences gouvernementales partout dans le monde offrir l’accès ouvert et gratuit à des produits de données prêts à l’analyse. Cela change la donne dans les collectivités de télédétection. Par contre, si les données ne sont pas fournies dans une forme prête à l’analyse, les utilisateurs doivent quand même se créer des systèmes et des outils personnalisés avant de pouvoir effectuer quelque traitement à valeur ajoutée.

En 2008, l’Institut d’études géologiques des États-Unis a ouvert l’accès gratuit, et prêt à l’analyse, à toutes les données, nouvelles et d’archives, collectées par les satellites de la série Landsat. En ce qui concerne la surveillance de la forêt, les données des satellites de la série Landsat ont de nombreuses qualités qui en font une source de données de premier choix, la plus importante étant une résolution spatiale de 30 m qui peut saisir les effets de l’activité humaine sur de grandes étendues.

Étant donné le mandat du SCF de surveillance et d’enregistrement des écosystèmes canadiens, Wulder s’est demandé quelle était la meilleure façon d’utiliser les vastes archives de données de Landsat pour recréer l’histoire récente des forêts canadiennes.

Wulder et ses collègues avaient un objectif. Mais comment allaient-ils y arriver? Ils devaient résoudre les problèmes de l’effet sur les données des nuages, des ombres, de la fumée, de la brume, de la saisonnalité et de la fréquence de visite du satellite.

Pour s’attaquer à de gros problèmes, il est souvent utile de créer une équipe ayant des compétences complémentaires. Dans une perspective gouvernementale, les universités constituent une source supplémentaire de pouvoir mental pouvant aider à résoudre des questions scientifiques et techniques, comme la façon de traiter des milliards de pixels couvrant un grand espace de temps et de territoire.

Dans le cas de cette recherche-ci, l’équipe Wulder s’est associée à l’Integrated Remote Sensing Studio de la faculté de foresterie de l’Université de la Colombie-Britannique, dirigé par le professeur Nicholas Coops de la chaire de recherche du Canada en télédétection. Coops et son équipe ont contribué, grâce à leur perspective propre, à surmonter beaucoup d’obstacles auxquels se heurtait le projet. Opportunément, Txomin Hermosilla, boursier de recherches postdoctorales, s’est joint à l’équipe où il a joué un rôle-clé dans la conduite de l’analyse par l’apport de ses compétences scientifiques. Cette collaboration a permis à l’équipe d’élaborer un modèle cohérent d’images composites formées de séries temporelles qui saisissent les dynamiques de la forêt dans le paysage.

Il ne manquait plus que la capacité de traiter les données de façon constante et transparente, avec une certaine souplesse. C’est ici qu’intervient WestGrid, un partenaire régional de Calcul Canada.

« Nous avons réussi à porter nos algorithmes dans les systèmes de WestGrid, ce qui a permis un traitement plus rapide : des scripts dont le traitement durait habituellement des semaines se sont terminés en quelques heures, explique Wulder. Nous pouvons collaborer dans un environnement partagé en travaillant à partir des mêmes bases de données, ce qui nous assure d’obtenir des résultats cohérents. Les gains de puissance informatique offerts par WestGrid nous ont permis des analyses de plus en plus ambitieuses. »

Grâce aux ressources de WestGrid/Calcul Canada, ils ont pu entreprendre une recherche visant à saisir et étiqueter trois décennies de changements forestiers au Canada (voir http://forests.foundryspatial.com/) et produisent maintenant des cartes annuelles du territoire couvert pour la même période de 30 ans. Le soutien informatique spécialisé offert par l’un des analystes de l’équipe de soutien de WestGrid, Belaid Moa, a joué un rôle capital dans le succès de l’équipe Wilder.

Pour avoir une idée de l’envergure de leur travail, rappelons-nous que la taille du Canada atteint presque un milliard d’hectares, lesquels sont représentés par 10 milliards de pixels Landsat. Cette couverture spatiale de ~10 milliards de pixels comprend annuellement de nombreux indices et canaux spectraux. Ces couvertures annuelles sont reproduites pour chaque année de la série temporelle.

« Westgrid a fourni la capacité nécessaire pour le traitement d’ensembles de données comportant une telle densité temporelle et couvrant une telle étendue, continue Wulder. Les algorithmes que nous développons, n’étant plus limités par des considérations informatiques, sont de plus en plus complexes et fournissent de nouveaux renseignements, inaccessibles autrement, sur les territoires forestiers du Canada et sur les perturbations et les rétablissements qui se produisent dans le territoire forestier. Les activités scientifiques canadiennes de surveillance et d’enregistrement sont renforcées par la capacité informatique offerte par WestGrid, ainsi que par l’environnement de travail basé sur la collaboration entre les établissements. »

En plus d’assurer que la couverture forestière soit considérée dans les processus de cartographie de la couverture terrestre, cette recherche améliorera la capacité du SCF d’affiner l’attribution de la couverture terrestre en exploitant la connaissance de la succession des processus qu’il puise dans les séries de données temporelles. La grande base offerte par les résultats scientifiques à ce jour est particulièrement instructive pour les études liées aux changements climatiques.

Pour plus d’information sur le travail de l’équipe Wulder, veuillez consulter : http://bit.ly/2e1FvBk.

Illustration :
Animation proxy élémentaire sur plusieurs années

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