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Les images satellites et aériennes. Travaux Personnels Encadrés Année 2004-2005. Vincent ARGENTON Antonin PELLISSIER Romain POUSSET.

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Presentation Transcript
les images satellites et a riennes

Les images satellites et aériennes

Travaux Personnels Encadrés

Année 2004-2005

Vincent ARGENTON

Antonin PELLISSIER

Romain POUSSET

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Avant l’ère spatiale, il était impensable de pouvoir en un coup d’œil avoir une vision globale de notre planète : la Terre. Aujourd’hui c’est possible grâce aux images satellites et aériennes. Equipés de systèmes de vision de plus en plus performants, les satellites d’observation sont capables de couvrir des continents, des pays, des états, des régions, des villes… et de produire des images détaillées d’une zone voulue. Parmi toutes les utilisations possibles de ces technologies spatiales et aériennes, la surveillance de l’environnement et la compréhension de ses évolutions sous l’influence humaine sont des techniques de plus en plus sollicitées.

  • En quoi les images satellites et aériennes permettent-elles de surveiller l’influence de l’homme sur l’environnement ?
  • Pour répondre, nous devons dans un premier temps expliquer comment on obtient une image satellite ou aérienne. Puis nous verrons comment ces images permettent de surveiller l’environnement. Enfin nous montrerons que ces techniques modernes ont des limites.
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Les images satellites :

Voici les principaux satellites d’observations commerciaux

Les satellites Spot actuellement en orbite

sont au nombre de 3 :SPOT 1 lancé le 22/02/1986 n'est plus utilisé qu’en

de rares occasions.SPOT 2 lancé le 02/01/1990 est toujours opétationnel après

plus de 10 ans de service.SPOT 3 lancé le 26/09/1993 n'est plus en service, SPOT 4, a subit quelques améliorations par rapport aux

3 premiers, fut lancé le 24/03/1998.SPOT 5 a été placé en orbite dans la nuit du 3 au 4 mai 2002

par une fusée Ariane 4 .

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Exemple de satellite d’observation : SPOT 5Les différents champs de vue :SPOT 5 possède 3 champs de vue possibles :

Les champs de vue HRG (Haute résolution géométrique) : Le champ de chaque instrument HRG est de 4°, soit une fauchée au sol de 60km. Les instruments disposent d’une capacité de visée latérale à 27° de part et d’autre de la verticale. Composé de deux objectifs le capteur peut aussi travailler de manière couplée et ainsi observer en un seul passage une bande de 120km de largeur.

La capacité de débattement latéral des instruments HRG permet d’accéder à tous les points du globe en moins de 5 jours.

Instrument HRG

Illustration d’une séquence de prise de vue HRG

Prise de vue conjointe de 2 caméras HRG1-HRG2 sur une bande de 120km

Champs de vue HRG

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Champs de vue HRS (Haute Résolution Stéréoscopique) : Pour le capteur HRS, le champ de vue de chaque caméra est de 8°et la largeur de la scène observée est ainsi de 120 km , centrée sur la trace du satellite. La première caméra vise à l'avant du satellite avec un angle de + 20°, la seconde vise à l'arrière avec un angle de - 20°. La longueur maximale de la scène est de 600 km ( en vision stéréoscopique). Par contre il n'y a pas de capacité de débattement latéral : la répétitivité est de 26jours à l’équateur.

Champ de vue HRS

Instrument HRS en essai

Champs de vue VEGETATION : Le large champ de prises de vue de VEGETATION correspond à une fauchée de 2250 kilomètres ausol . Le capteur VEGETATION couvre pratiquement l'ensemble des Terres émergées chaque jour. Les zones équatoriales, de latitude inférieure à 30°, sont accessibles 4 jours sur 5. Les zones de latitude supérieure à 30° sont couvertes au moins deux fois par jour.

Champ de vue VEGETATION

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Bande Spectrale et résolution :

  • La bande spectrale est une "Portion" du spectre de la lumière définie entre deux longueurs d'ondes.Le choix des bandes spectrales est un facteur important dans la technique de l’imagerie satellite. En effet, les différentes natures des sols de la Terre ( végétation, neige, désert, eau, les villes, etc..) possèdent une longueur d’onde bien spécifique.
  • Voici les bandes spectrales choisies pour Spot 5 dans le domaine visible moyen infrarouge :
  • - La voie panchromatique ( large bande) : 0,49 -0,69 µm
  • - La voie visible B0 : 0,43 - 0,47 µm (uniquement pour VEGETATION)
  • - La voie visible B1 : 0,50 à 0,59 µm
  • - La voie visible B2 : 0,61 à 0,68 µm
  • - La voie visible B3 : 0,78 à 0,89 µm
  • - La voie moyen infrarouge B4 : 1,58 à 1,75 µm

Les bandes spectrales de Spot 5

Bandes spectrales et résolution des instruments Spot 5

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Transmission, réception et traitement :

Le jour voulu, Les satellites exécutent leur plan de travail défini au sol par le Centre de Programmation. Après un pré-traitement à bord du satellite, les prises de vues sont transmises au sol à des stations de réception, soit en temps réel si le satellite est dans le cercle de visibilité d'une station de réception, soit en différé par enregistrement temporaire à bord.

Le système Spot comprend deux stations principales de réception des données situées l'une en France (à Toulouse ) et l'autre en Suède (à Kiruna). En outre, diverses stations de réception directe (SRD) situées dans le monde entier ont signé des accords avec la société Spot Image pour recevoir directement les données Spot dans leur zone de visibilité.

Station de réception de Toulouse

Station de réception de Kiruna

Dès que les données provenant des satellites sont reçues par la station de réception, elles sont transmises électroniquement au CAP, (Centre d‘Archivage et de Retraitement), dans les locaux de Spot Image. Elles sont inventoriées et archivées dès sur un support numérique et aussitôt référencées automatiquement dans le catalogue Spot Image. Pour assurer un bon résultat et une bonne qualité d’image, elles sont traitées (corrections radio métriques et géométriques).

Les stations de réception Spot image à travers le monde

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Les images aériennes :

Exemple avec la société Istar spécialisée dans le domaine de la cartographie numérique aérienne.

La société est équipée d’avions permettant d ’effectuer des prise de vue à haute altitude ( 6000 mètres). L’avion embarque à son bord une caméra numérique sophistiquée de technologie « pushbroom » (balayage). De la même manière que pour l’instrumentation satellite, la caméra peut viser à l'avant de l’avion avec un angle de + 19° et à l'arrière avec un angle de - 19°. Cela permet de voir un point au sol selon plusieurs angles différents. Un enregistreur numérique est relié à la caméra permettant d’enregistrer en temps réel l’ensemble des données sources en très haute définition ( 12000pixels x 4 canaux multi spectraux + 3 angles de vue ), sur des cassettes de capacités de 100Go. Les photographies sont ensuite retraitées au sol pour une qualité optimale.

Equipement d’acquisition de

Photographie aérienne embarqué .

La photographie aérienne permet de couvrir des gammes de résolution et de précision beaucoup plus fines que celles des capteurs spatiaux actuels. En effet après une numérisation des clichés, on peut obtenir des images en 2D ou 3D de résolutions allant d’une dizaine de centimètres à quelques mètres. (on peut voir les bâtiments, des véhicules, etc…)

Vue aérienne de la place de l’Étoile à Paris en résolution 50cm >

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L’utilisation des images satellites au service de la surveillance des forets

Les forêts occupent une grande partie des terres émergées. Elles sont très proches et souvent « maltraitées » par des populations humaines. Parfois les forets connaissent des feux de grande importance ; naturels, ou causés par l’homme lui-même. Les images satellites permettent alors de repérer facilement ces zones afin de les analyser et de pouvoir ensuite les réaménager ou bien de savoir avec précision quelles sont les zones détruites.

Sur cette image du canada, on peut facilement voir en rouge des départs de feu à une date précise (ici, le 25 juin). Ce genre de cartes permet de cartographier les zones sinistrées en fonction des années, et ainsi pouvoir procéder à des reforestations dans les zones concernées.

Feux de forêt au Canada

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Cas récent : les incendies du Var en 2003

La contribution du CNES Le CNES, qui avait déjà participé au projet PAREFEU l’été précèdent dans le Var, a été sollicité par la Sécurité civile française afin de démontrer les capacités de surveillance opérationnelle par vidéo infrarouge et transmission satellitaire. 

Le dispositif mis en œuvre par le CNES a ainsi permis de réaliser des vidéos dans les domaines visibles et infrarouges sur les zones d’intervention, et de les diffuser entre le poste de commandement mobile et les centres opérationnels.

Ce dispositif, qui a parfaitement fonctionné, a démontré la valeur ajoutée des radiocommunications spatiales dans le domaine de l’environnement et de la sécurité. 

L’image satellite est donc une aide très intéressante par sa rapidité d’obtention, sa globalité, et les éléments qui peuvent être vus par exemple en infrarouge invisibles à l’œil nu.

Ces images prises le 19 et 29 juillet permettent de voir l’avancée des zones incendiées (ici en vert sombre). On peut alors à partir de ces images évaluer avec une certaine précision les superficies sinistrées (sachant qu’un pixel couvre 25m², en comptant le nombre de pixels en vert sombre, on obtient un résultat précis).

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Exemple de la déforestation des forêts Amazoniennes

La forêt appartient à notre patrimoine naturel. C'est un élément indispensable à l'équilibre écologique de la Terre. Mais divers dangers la menacent : la déforestation sauvage - l'exemple de la forêt amazonienne est connu de tous - , la pollution chimique,l'exploitation anarchique…

Extrait d'image SPOT, de juillet1986, montrant la déforestation (20 964 ha) (en vert, les forets, en brun, le zones défrichées) >>>

<<< La même zone, pris en juillet 1989, montre l'avancée de la déforestation (40 818 ha)

C’est à partir de cette photo prise trois ans plus tard par rapport à la première que l’on effectue le calcul automatique des différences. La surface défrichée (en rouge) a atteint 19 854 ha en trois ans, suite à la colonisation des terres pour l'agriculture et l'élevage. >>>

Le satellite est un des outils permettant de dresser un état des lieux des forêts (élaboration d'une carte thématique: essences, âge, densité), d'en assurer la surveillance et de renouveler rapidement les informations. Tout abus est sanctionné par le retrait de la licence d'exploitation. Par exemple, en 1993, 94 des 575 compagnies concernées ont été jugées pour exploitation illégale et condamnées à de lourdes amendes. Des images SPOT ont pu être produites comme preuves objectives des infractions.

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Les hommes et les risques naturels

La prévention des crues n'est possible que par la maîtrise de l'aménagement du territoire et la connaissance de l'occupation des sols et des phénomènes naturels susceptibles de frapper une région. Dans ce contexte, les données d'observation de la Terre, haute et très haute résolution, peuvent être utilisées pour la réalisation et la mise à jour d'une cartographie informative des zones étudiées. Spot 5 permet de mieux connaître l'occupation des sols et de comprendre l'extension des champs d'inondation

Cette image de spot 5 permet d'établir les dispositions réglementaires relatives à l'aménagement du territoire et aux nouvelles constructions dans des zones inondables.

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La surveillance de l’extension des surfaces agricoles

Le secteur agricole constitue aujourd'hui un domaine d'intérêt particulièrement sensible, tant du point de vue social qu'économique ou environnemental. L'imagerie satellitaire est devenu incontournable dans de nombreux domaines : inventaires agricoles, prédictions de rendement, surveillance de l'état phytosanitaire des végétaux et de l'humidité des sols, … tout en favorisant un suivi objectif, global et précis des ressources.

Ici, des images Spot 5 utilisées pour instaurer des mesures visant à inciter au maintien ou au retour vers des pratiques d'élevage extensives c’est-à-dire dans des grandes prairies.Ces documents permettront l’identification administrative des parcelles, ce sont en quelques sortes des documents de repérages.

Ici, un traitement automatisé permet de voir où se situent les prairies d’une certaine zone, et donc de reconnaître les haies séparant les parcelles et d’identifier des petites parcelles cultivées à l’intérieur même des prairies. Ceci permet d’identifier le paysage facilement et globalement même si ce paysage est peu ou pas remembré.Les zones vertes (ajoutées après traitement) représentent les prairies.

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La détection des nappes de pétrole

Les images de détection des nappes de pétrole sont légèrement différentes puisque qu’elles utilisent les vagues des océans. Le vent créé des vagues, mais dans les zones huilées (c’est-à-dire la ou il y a du pétrole), les vagues sont moins importantes, en raison de la densité plus élevée. Ces zones sont donc marquées en noir.

Nappe de pétrole le long du pays de Galles

Cartographier le littoral pour réagir en cas de marée noire est un autre travail pour les satellites de télédétection. Les autorités peuvent réagir plus efficacement et plus rapidement en cas de marée noire si elles disposent de cartes actualisées du littoral, du profil des vagues ainsi que des zones proches aménagées et des milieux vulnérables.

Ces informations peuvent être retrouvées et extraites en quelques secondes pour aider les autorités à déterminer l'accès le plus rapide à la nappe d'hydrocarbure et leur permettre d’ établir un plan efficace pour protéger la nature.

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La gestion d’urbanisme

Depuis quelques années, la croissance urbaine s’accélère, aujourd'hui, les villes attirent près de la moitié de la population mondiale. Bien sûr cette expansion urbaine, combinée a une croissance démographique, n’est pas sans effet sur notre environnement.

BARCELONE : Photos aériennes Haute résolution prise par la société Istar

STRASBOURG : composition colorée prise par le satellite Spot 1

Il est donc impératif de disposer d'un état des lieux objectif afin de quantifier l'afflux de population et d’évaluer l'impact de cette croissance démographique. Grâce aux images satellites et aériennes, on peut aisément étudier comment l'urbanisation empiète sur les terres arables et évaluer la diminution des ressources agricoles. On peut avoir une représentation globale et spatiale d'une ville à différentes dates pour faire évoluer ses infrastructures.Les besoins en analyse spatiale détaillée et en données mises à jour régulièrement ont amené les gestionnaires urbains à s'intéresser aux images fournies par les satellites et les avions. L'urbanisme est donc un domaine où l'imagerie aérienne et satellitale joue un rôle prépondérant.

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Nous avons vu que les images nous donnent de nombreuses informations permettant, d’analyser, d’évaluer, de dresser un bilan sur l’état d’un lieu à un moment donné. Mais elles sont limitées par certaines contraintes telles que la météo. La fréquence de passage à un point donné d’un satellite est également restreinte.

Couverture journalière de Spot 5

Quelle est la vraie définition d’une image d’un point de vue plus philosophique?

Une image est prise à un moment instantané qui ne tient pas compte des événements antérieurs et postérieurs à sa création. Elle donne donc des informations limitées dans le temps. Certains philosophes parlent de déformation du réel, ombre trompeuse, utilisation d’artifice et source d’illusion. Bachelard a surtout insisté sur l’aspect réducteur de l’image qui devient avec lui un mode de la pensée rêvant le réel.

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L’image doit donc être utilisée avec beaucoup de précaution et plutôt en complémentarité de la réflexion scientifique. Elle peut alors trouver sa juste valeur et son utilité. Ainsi Descartes affirme ainsi que le principal avantage de l’image c’est de ne pas ressembler à son modèle puisqu’ elle cherche à le codifier, c’est-à-dire donner à son sujet des informations ordonnées.

Certain philosophe comme Jean-Paul Sartre vont jusqu’à affirmer qu’« il y a dans l’image une pauvreté essentielle. […] En un mot, l’objet de la perception déborde constamment la conscience ; l’objet de l’image n’est jamais rien de plus que la conscience qu’on en a. On ne peut rien apprendre d’une image qu’on ne sache déjà »

L’auteur veut dire que l’image ne donne pas d’autres renseignements que la conscience n’a déjà.

Certaines images sont trompeuses comme celle ci-contre :

Que voyez-vous est-ce vraiment la réalité? N’y a-t-il pas autre chose ?

Ne peut-on pas dire la même chose des images quelles soient issues d’un satellite, d’un avion ou d’un

simple appareil photo ?

L’image ne peut se suffire à elle-même et remplacer la réflexion scientifique. On peut même craindre qu’elle la réduise et l’amoindrisse. Le philosophe Bachelard note: « L’observation première est toujours un premier obstacle pour la connaissance scientifique. En effet, cette observation première se présente avec un luxe d’images ; elle est concrète, naturelle, facile. Il n’y a qu’à la décrire et à s’émerveiller. On croit alors la comprendre.»

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L’imagerie satellite et aérienne est une technique sophistiquée et de plus en plus demandée. Elle constitue une source d’information précieuse pour se rendre compte de l’état de notre planète. Aujourd’hui, les images satellites et aériennes permettent de surveiller l’influence de l’Homme sur notre l’environnement, nos forêts, nos océans…mais aussi de gérer l’expansion urbaine.

Elles comportent toutefois quelques limites dans leur disponibilité et dans l’interprétation qui en est faite. Une vraie réflexion scientifique reste indispensable.

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Image à regarder avec des lunettes 3D

Vue de Cannes (la croisette) en 3 dimensions Istar

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Image à regarder avec des lunettes 3D

Vue de Paris en 3 dimensions faite par Istar

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Les inondations en Asie du sud-est suite au séisme du 26 décembre 2004

Les entreprises en Asie qui reçoivent les données des satellites Spot ont réalisé différents traitements qu’elles ont proposé aux autorités compétentes afin de les aider dans leur investigation sur les causes exactes du Tsunami. Ne pourrait-on pas se demander pourquoi on n’ a pas utilisé les images satellites afin de prévenir les populations ? N’y a-t-il pas des centres spécialisés dans la prévention de ces cataclysmes qui pourraient utiliser ces images ?

remerciements
Remerciements :

Aux professeurs encadrants :

M. Steyer

M. Malnoé

Mme Mayet

Mme Erb

A la société Istar pour ses documents et images

A nos parents pour la relecture