Les images satellites et a

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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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Avant lère spatiale, il était
impensable de pouvoir en un coup dœil avoir une
vision globale de notre planète la Terre.
Aujourdhui cest possible grâce aux images
satellites et aériennes. Equipés de systèmes de
vision de plus en plus performants, les
satellites dobservation sont capables de couvrir
des continents, des pays, des états, des régions,
des villes et de produire des images détaillées
dune zone voulue. Parmi toutes les utilisations
possibles de ces technologies spatiales et
aériennes, la surveillance de lenvironnement et
la compréhension de ses évolutions sous
linfluence humaine sont des techniques de plus
en plus sollicitées.

• En quoi les images satellites et
  aériennes permettent-elles de surveiller
  linfluence de lhomme sur lenvironnement ?

• 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
  lenvironnement. Enfin nous montrerons que ces
  techniques modernes ont des limites.

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I Comment obtient-on une image satellite ou
aérienne ?
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• Les images satellites
• Voici les principaux satellites
  dobservations commerciaux

Nom Ikonos QuickBird IRS-1C Rocsat-2 Landsat 7 Spot
Pays USA USA Inde Taiwan USA France
Nombre 1 2 1 1 1 5
Lancement 1999 2000 1995 2004 1999 1986-2001
Poids 726 kg 953 kg 1350 kg 764 kg 2200 kg 2700 kg
Altitude 681 km 600 km 820 km 850 km 705 km 822 km
Résolution max 0,61 m 1 m 5,8 m 2m 15 m 2.5m
Fauchée 16,5 km 11 km 70 km à 180km 24 km 185 km 60 km à 120 km
Imagerie Visible Visible Visible Visible Visible -thermique Visible
Durée de vie 5 ans 4-5 ans ? 5 ans ? 5 ans
Les satellites Spot actuellement en orbite sont
au nombre de 3 SPOT 1 lancé le 22/02/1986
n'est plus utilisé quen 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 dobservation 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 dune capacité de visée
latérale à 27 de part et dautre 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 daccéder à tous les
points du globe en moins de 5 jours.
Instrument HRG
Illustration dune 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 8et 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 léquateur.
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 limagerie
  satellite. En effet, les différentes natures des
  sols de la Terre ( végétation, neige, désert,
  eau, les villes, etc..) possèdent une longueur
  donde 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
Bande spectrale \ Champs de vue HRG VEGETATION HRS
PA 0,49 -0,69 µm 2,5m ou 5m - 10m
B0 0,43 - 0,47 µm - 1 km -
B1 0,49 - 0,61 µm 10m - -
B2 0,61 - 0,68 µm 10m 1 km -
B3 0,78 - 0,89 µm 10m 1 km -
B4 1,58 - 1,75 µm 20m 1 km -
Fauchée 60 km 2250 km 120 km
Bandes spectrales et résolution des instruments
Spot 5
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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.
Transmission, réception et traitement
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
dArchivage 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 dimage, 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 davions permettant
d effectuer des prise de vue à haute altitude (
6000 mètres). Lavion embarque à son bord une
caméra numérique sophistiquée de technologie
 pushbroom  (balayage). De la même manière que
pour linstrumentation satellite, la caméra peut
viser à l'avant de lavion 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 denregistrer en
temps réel lensemble 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 dacquisition 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 dune dizaine de
centimètres à quelques mètres. (on peut voir les
bâtiments, des véhicules, etc)
Vue aérienne de la place de lÉtoile à Paris en
résolution 50cm gt
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II Surveillerlinfluence de lhomme sur
lenvironnement.
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• Lutilisation 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 lhomme
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 lété 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 dintervention, 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 lenvironnement et
de la sécurité.  Limage satellite est donc une
aide très intéressante par sa rapidité
dobtention, sa globalité, et les éléments qui
peuvent être vus par exemple en infrarouge
invisibles à lœil nu.
Ces images prises le 19 et 29 juillet permettent
de voir lavancée des zones incendiées (ici en
vert sombre). On peut alors à partir de ces
images évaluer avec une certaine précision les
superficies sinistrées (sachant quun 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 juillet
1986, montrant la déforestation (20 964 ha) (en
vert, les forets, en brun, le zones défrichées)
gtgtgt
ltltlt La même zone, pris en juillet 1989, montre
l'avancée de la déforestation (40 818 ha) Cest
à partir de cette photo prise trois ans plus tard
par rapport à la première que lon 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. gtgtgt
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 lextension 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
cest-à-dire dans des grandes prairies.Ces
documents permettront lidentification
administrative des parcelles, ce sont en quelques
sortes des documents de repérages.
Ici, un traitement automatisé permet de voir où
se situent les prairies dune certaine zone, et
donc de reconnaître les haies séparant les
parcelles et didentifier des petites parcelles
cultivées à lintérieur même des prairies. Ceci
permet didentifier 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 quelles
utilisent les vagues des océans. Le vent créé des
vagues, mais dans les zones huilées (cest-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 durbanisme

Depuis quelques années, la croissance urbaine
saccélère, aujourd'hui, les villes attirent près
de la moitié de la population mondiale. Bien sûr
cette expansion urbaine, combinée a une
croissance démographique, nest 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 dévaluer 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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III Les limites de limage
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Nous avons vu que les images nous donnent de
nombreuses informations permettant, danalyser,
dévaluer, de dresser un bilan sur létat dun
lieu à un moment donné. Mais elles sont limitées
par certaines contraintes telles que la météo. La
fréquence de passage à un point donné dun
satellite est également restreinte.
Couverture journalière de Spot 5
Quelle est la vraie définition dune image dun
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 dartifice et source dillusion.
Bachelard a surtout insisté sur laspect
réducteur de limage qui devient avec lui un mode
de la pensée rêvant le réel.
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Limage 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
limage cest de ne pas ressembler à son modèle
puisqu elle cherche à le codifier, cest-à-dire
donner à son sujet des informations ordonnées.
Certain philosophe comme Jean-Paul Sartre vont
jusquà affirmer qu il y a dans limage une
pauvreté essentielle. En un mot, lobjet de
la perception déborde constamment la conscience
lobjet de limage nest jamais rien de plus que
la conscience quon en a. On ne peut rien
apprendre dune image quon ne sache déjà 
Lauteur veut dire que limage ne donne pas
dautres renseignements que la conscience na
déjà.
Certaines images sont trompeuses comme celle
ci-contre Que voyez-vous est-ce vraiment la
réalité? Ny a-t-il pas autre chose ? Ne peut-on
pas dire la même chose des images quelles soient
issues dun satellite, dun avion ou dun simple
appareil photo ?
Limage ne peut se suffire à elle-même et
remplacer la réflexion scientifique. On peut même
craindre quelle la réduise et lamoindrisse. Le
philosophe Bachelard note Lobservation
première est toujours un premier obstacle pour la
connaissance scientifique. En effet, cette
observation première se présente avec un luxe
dimages elle est concrète, naturelle, facile.
Il ny a quà la décrire et à sémerveiller. On
croit alors la comprendre.
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Limagerie satellite et aérienne est une
technique sophistiquée et de plus en plus
demandée. Elle constitue une source dinformation
précieuse pour se rendre compte de létat de
notre planète. Aujourdhui, les images satellites
et aériennes permettent de surveiller linfluence
de lHomme sur notre lenvironnement, nos forêts,
nos océansmais aussi de gérer lexpansion
urbaine. Elles comportent
toutefois quelques limites dans leur
disponibilité et dans linterprétation qui en est
faite. Une vraie réflexion scientifique reste
indispensable.
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Les Bonus
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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 quelles 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 ? Ny a-t-il pas des
centres spécialisés dans la prévention de ces
cataclysmes qui pourraient utiliser ces images ?
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Le tsunami dévastateur en Asie du sud-est
AVANT
APRES
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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