6-Applications courantes de la télédétection.docx

6- Grandes applications de télédétection Objectifs d’apprentissage A la fin de cette leçon, l’apprenant sera capable de : Montrer l’importance des caractéristiques des capteurs sur la pertinence des applications de télédétection ; Montrer l’intérêt de combiner plusieurs ensembles de données pour ret...

6- Grandes applications de télédétection Objectifs d’apprentissage A la fin de cette leçon, l’apprenant sera capable de : Montrer l’importance des caractéristiques des capteurs sur la pertinence des applications de télédétection ; Montrer l’intérêt de combiner plusieurs ensembles de données pour retirer le plus d'information possible d'une cible ou d'une région Montrer l’importance de la télédétection dans le domaine agricole Montrer les applications de la télédétection en foresterie Citer les applications géologiques de la télédétection Citer les applications hydrologiques de la télédétection Expliquer le rôle de la télédétection dans l’étude des changements d'utilisation du sol (rural/urbain) Expliquer la place de la télédétection pour le développement cartographique d’un pays Citer les applications de la télédétection pour la surveillance côtière et océanique Introduction Comme nous l'avons vu dans le chapitre qui traite des capteurs (chapitre 2), chaque capteur est conçu pour des applications spécifiques. Les bandes spectrales acquises par un capteur optique déterminent les applications pour lesquelles il sera utile. Quant au capteur radar, ce sont l'angle d'incidence et la fréquence utilisés qui en détermine l'utilisation. Pour le radar, nous en reparlerons plus tard. Pour chaque application, il existe une combinaison spécifique de résolutions spectrale, spatiale et temporelle. Revoyons rapidement ces trois types de résolutions même si elles ont fait l’objet d’une leçon entière. La résolution spectrale fait référence à la largeur ou l'étendue de chaque bande enregistrée. Par exemple, les images panchromatiques, qui captent une grande étendue de toutes les longueurs d'ondes visibles, ne sont pas aussi sensibles au stress de la végétation que les images utilisant une bande étroite dans l'infrarouge ; la chlorophylle absorbant fortement le rayonnement infrarouge. La résolution spatiale fait référence au détail perceptible dans une image. La cartographie détaillée des marécages, urbaine et des bas-fonds par exemple, requiert une résolution spatiale beaucoup plus détaillée que la cartographie de régions forestières. La résolution temporelle fait référence au laps de temps écoulé entre deux images. Plusieurs applications (la surveillance de feux de forêt, un déversement d'hydrocarbures etc.) nécessitent des images répétitives, prises avec la plus grande fréquence possible. Certaines autres applications (identification de récoltes, invasion d'insectes et surveillance des marécages) demandent des images saisonnières, tandis que d'autres, comme la cartographie des structures géologiques, demandent une seule série d'images. Les applications où le temps est un facteur important nécessitent un traitement et une livraison rapides des images pour permettre aux utilisateurs d'en retirer l'information le plus rapidement possible. Dans le cas où des images répétitives sont nécessaires, le cycle de passage du capteur (la période de temps écoulée avant qu'il ne repasse au-dessus d'un même point) et sa fiabilité sont très importants pour l'obtention de données valables. Les capteurs optiques sont limités dans les environnements nuageux où les cibles sont souvent difficiles à voir. Dans certaines régions, particulièrement sous les tropiques, il s'agit là d'une condition presque permanente, tandis qu'aux pôles, c'est la luminosité qui est inadéquate pendant plusieurs mois de l'année. Le radar fournit des données fiables car le capteur produit sa propre illumination et utilise une longueur d'onde qui pénètre les nuages, la fumée et le brouillard, ce qui assure qu'une cible ne sera jamais dégradée par les conditions climatiques ou par de mauvaises conditions d'illumination. Souvent, il faut utiliser plusieurs capteurs pour bien répondre à tous les besoins d'une application. La combinaison de plusieurs sources de données s'appelle la fusion ou l'intégration d'images. Les données additionnelles qui peuvent aider à l'analyse ou l'interprétation des images sont nommées données auxiliaires. Attention : Les applications de la télédétection décrites dans ce chapitre sont représentatives, mais ne forment pas une liste exhaustive de toutes les applications possibles. Nous ne parlerons pas, par exemple, des domaines de la recherche et des applications pratiques en climatologie et en météorologie. Le lecteur notera aussi que plusieurs autres applications spécialisées (analyse de la praticabilité de terrain, investigations archéologiques, planification de routes ou autres passages, etc.) ne sont pas discutées dans ce texte. Utilisations de plusieurs sources d'information Chaque bande de données recueillie par un capteur contient des informations importantes et uniques. Nous savons qu'une cible interagit différemment selon la longueur d'onde de l'énergie incidente qui est reflétée, absorbée, diffusée ou retransmise dans des proportions différentes (voir chapitre 3). L'apparence d'une cible peut facilement changer avec le temps, parfois en quelques secondes. Pour plusieurs applications, le fait d'utiliser l'information en provenance de différentes sources de données garantit une identification correcte de la cible et une cueillette de données aussi précises que possible. Voici des façons de combiner plusieurs ensembles de données pour retirer le plus d'information possible d'une cible ou d'une région. Données multispectrales L'utilisation de plusieurs bandes spectrales vise à exploiter des "vues" différentes de la cible pour en faciliter l'identification. Plusieurs études ont été faites pour identifier les meilleures bandes spectrales pour l'identification et l'analyse de cibles spécifiques, comme le montre la figure suivante des signatures spectrales.   Synthèse chlorophyllienne et stress hydrique : variation de la réflectance de la végétation en fonction de la longueur d’onde (visible, proche infrarouge et SWIR). Crédit image : Gédéon (d'après une illustration originale de Mark R. Elowitz sur l'imagerie hyperspectrale) Données multi-capteurs Différents capteurs fournissent des informations différentes et complémentaires qui lorsqu'elles sont intégrées, peuvent faciliter l'interprétation et la classification des images. Un exemple de cette fusion de données provenant de plusieurs capteurs serait la fusion d'images panchromatiques de haute résolution avec des images multispectrales à faible résolution. Nous pouvons aussi combiner des données acquises de façon active et passive. Un exemple spécifique serait l'intégration d'images RSO à des images multispectrales. L'imagerie RSO ajoute l'expression de la topographie ou du relief de surface à une image qui en paraît dépourvue. L'image multispectrale fournit l'information spectrale significative de la composition et de la couverture de la surface du sol. Ce type d'images est souvent utilisé en géologie où la lithologie (ou la composition minérale) est représentée par la composante spectrale, et où la structure est représentée par la composante radar. Données multi-temporelles L'information multi-temporelle est tirée d'une série d'images prises pendant une période de temps. Multi-temporel peut signifier que les images ont été acquises à quelques jours, semaines, mois ou années d'intervalle. La surveillance du changement de la couverture du sol ou de la croissance urbaine nécessite des images acquises à différentes périodes. Des données calibrées, avec des contrôles attentifs sur l'aspect quantitatif de la réponse spectrale et de la rétrodiffusion, sont requises pour la bonne surveillance des activités. Avec des données non calibrées, une classification de l'image la plus ancienne est comparée à une classification de l'image plus récente, et les changements dans les frontières des classes sont tracés. Un autre outil multi-temporel utile est l'observation de la phénologie (les changements de la végétation durant la saison de croissance), ce qui implique l'acquisition d'images à des intervalles fréquents durant la période de croissance. L'information multi-temporelle provient de l'interprétation d'images prises au-dessus de la même région, mais à différents moments. L'intervalle de temps entre les images est choisi de façon à surveiller un événement dynamique. Des événements catastrophiques (glissements de terrains, inondations, feux, etc.) nécessitent un intervalle de quelques jours, tandis que les événements plus lents (fonte de glacier, croissance ou dégradation d'une forêt) requièrent quelques années d'intervalle. Ce genre d'application exige aussi une uniformité dans la condition d'illumination (angle solaire ou géométrie d'images radars) pour produire des résultats de classification comparables. Pour augmenter la précision de l'analyse multi-temporelle critique et quantitative, il faut des données calibrées. C'est seulement en établissant une relation entre les niveaux de luminosité d'une image et des unités de mesure qu'on peut comparer des images de façon précise et quantifiable, et déterminer ainsi la nature et la grandeur des changements observés. Application de la télédétection en agriculture L'agriculture joue un rôle primordial dans l'économie des pays développés et en voie de développement. Elle peut représenter une industrie rentable pour un pays économiquement fort ou une production élémentaire de subsistance pour un pays pauvre. La production de nourriture est fondamentale pour tout le monde et la rentabilité économique est l'objectif de tous producteurs agricoles, de tous gestionnaires d'exploitation agricole à grande échelle et de toutes organisations agricoles régionales. Tout producteur agricole a besoin d'information pour gérer efficacement ses récoltes. Il doit disposer des outils d'information qui lui permettent de planifier ses opérations et de faire face aux multiples aléas pouvant menacer sa production, telles que des infestations d'insectes, intempéries, sécheresses ou dommages reliés au stress des végétaux, qui peuvent affecter le potentiel de sa récolte et les conditions de sa terre. Les courtiers de matières premières de sources agro-alimentaires sont aussi intéressés par les données sur la production agricole car c'est au moyen d'estimations de rendements de récolte (qualité et quantité) que sont fixés tous les prix pour le commerce international. Les images satellitaires et aériennes servent à classification des cultures, à l'assurance de la santé et de la viabilité des productions et à la surveillance des mesures d'intervention. Parmi les applications de la télédétection à l'agriculture mentionnons : la classification des types de cultures l'évaluation de la santé des cultures l'estimation de la production totale d'une récolte la cartographie des caractéristiques du sol la cartographie des pratiques de gestion du sol la surveillance de conformité aux lois et traités. Cas 1 - Surveillance des cultures et évaluation des dommages Contexte général L'évaluation de la santé des cultures, de même que la détection rapide d'infestations maximisent la qualité des productions agricoles. Le stress associé notamment au manque d'eau, aux insectes, aux infestations de champignons ou de mauvaises herbes, doit être détecter assez rapidement pour permettre aux planteurs de le corriger. Ce processus exige que les images soient acquises fréquemment (au minimum, une fois par semaine) et qu'elles soient livrées au fermier rapidement, habituellement dans les 2 jours. De plus, une culture donnée ne croît pas partout au même rythme, ce qui entraîne d'importantes variations de production à l'intérieur d'un même champ. Ces différences de croissance peuvent être dues à des carences du sol en nutriments ou à d'autres formes de stress. La télédétection permet au fermier d'identifier les sections d'un champ les moins productives et de prendre des mesures correctives comme l'application d'engrais, d'herbicides ou de pesticides aux endroits précis qui en ont besoin. En plus d'améliorer la productivité de sa terre, cette approche permet au fermier de réduire ses dépenses ainsi que l'impact environnemental de ses interventions. Certains gestionnaires qui sont très peu familier avec les techniques agricoles sont appelés à gérer les échanges commerciaux et doivent fixer les prix d'achat et de vente des récoltes. Ils ont besoin d'information sur la santé des cultures mondiales pour fixer les prix et négocier des accords commerciaux. Ces gestionnaires se fient sur des données comme l'index d'évaluation des récoltes pour comparer les taux de croissance et la productivité d'une année à l'autre, et pour connaître la production de l'industrie agricole de chaque pays. Ce genre d'information peut aussi aider à cibler les sites de futurs problèmes, comme la famine en Éthiopie qui a été causée par la sécheresse à la fin des années 1980. L'identification de ces régions facilite la planification et la gestion de l'aide humanitaire et des efforts de secours. Pourquoi la télédétection ? La télédétection possède plusieurs qualités qui se prêtent bien à la surveillance de la santé des cultures. Les capteurs optiques possèdent l'avantage de pouvoir détecter, non seulement le rayonnement visible, mais aussi le rayonnement infrarouge qui est très sensible à la santé, au stress et aux dommages subis par les cultures. Les images de télédétection donnent aussi une vue d'ensemble du terrain. De récents développements en communication et en technologie permettent à un fermier d'obtenir des images de ses champs et de prendre des décisions opportunes pour la gestion de ses cultures. La télédétection peut aider dans l'identification des zones touchées par des conditions trop humides ou trop sèches, par des insectes, par des infestations de champignons et de mauvaises herbes ou par des intempéries. Les images peuvent être acquises durant toute la saison de croissance, non seulement pour détecter des problèmes, mais aussi pour mesurer l'efficacité d'un traitement. La végétation en santé contient une grande quantité de chlorophylle, la substance qui produit la couleur verte de la majorité des plantes. Les plantes en santé reflètent très peu le rayonnement rouge et bleu car la chlorophylle les absorbe, cependant elles réfléchissent beaucoup le vert et l'infrarouge. Des récoltes endommagées ou soumises à des stress ne contiennent pas autant de chlorophylle et subissent des changements de leur structure interne. La réduction en chlorophylle réduit la quantité de rayonnement vert réfléchi, tandis que les changements de la structure interne des plantes réduisent la quantité de rayonnement proche infrarouge réfléchi. Ces réductions permettent donc une détection rapide du stress dans les cultures. L'analyse de la proportion d'infrarouge réfléchi par rapport au rouge donne une excellente mesure de la santé de la végétation. Ce rapport sert de principe de base pour certains indices de végétation tels que le NDVI (normalized differential vegetation index). Des plantes en santé possèdent une valeur NDVI élevée, car elles réfléchissent beaucoup de lumière infrarouge et ne réfléchissent presque pas de lumière rouge. Le stade phénologique et la santé des plantes sont les facteurs majeurs qui influencent la valeur NDVI. La différence qui apparaît entre les cultures irriguées et les cultures non irriguées nous fournit un excellent exemple de ce phénomène. Les cultures irriguées sont très vertes sur l'image couleur. Les sections plus foncées sont des pâturages secs contenant peu de végétation. Sur l'image infrarouge couleur, où la réflectance infrarouge est affichée en rouge, la végétation en santé est de couleur rouge vif, tandis que le pâturage demeure foncé. Exigences des données La détection des dommages et la surveillance de la santé des cultures exigent des données à haute résolution et multispectrales. Pour le producteur agricole, la livraison dans le plus court délai possible après l'acquisition de l'information constitue le facteur le plus important. Une image datant de deux semaines n'est d'aucune utilité pour la gestion et le contrôle des dommages en temps réel. Les images seront d'autant plus utiles qu'elles seront acquises à des moments spécifiques durant la croissance et à des intervalles fréquents. Foresterie L'importance des forêts comme ressource alimentaire et protectrice, comme habitat, comme pourvoyeur de papier, de matériaux de construction et de combustion ainsi que de plantes médicinales est indéniable. Les forêts jouent également un rôle important dans les réserves et l'équilibre des échanges de CO2 sur la Terre. Elle constitue un maillon clé entre l'atmosphère, la géosphère et l'hydrosphère. Les forêts tropicales (retrouvées en Afrique sub-saharienne) en particulier sont constituées d'une très grande diversité d'espèces d'arbres, capables d'une bien meilleure capacité d'adaptation et de survie que les forêts européennes et nord-américaines. Ces forêts diversifiées sont également l'habitat d'une multitude d'espèces animales, sans oublier les nombreuses espèces végétales dont on découvre de plus en plus la valeur au point de vue médicinal. Parmi les thèmes importants pour la gestion des forêts, mentionnons la surveillance du déboisement de sources naturelles (feux et infestations) ou humaine (coupes à blanc, brûlis, expansion de l'agriculture) et la surveillance de la santé et de la croissance pour la conservation et l'exploitation commerciale. Image de la déforestation Jusqu'à maintenant les humains ont davantage considéré les produits forestiers que les forêts elles-mêmes. Ainsi, l'extraction du bois est une pratique courante presque partout au monde. Comme le déboisement a un effet à long terme sur le climat, la conservation du sol, la biodiversité et les régimes hydrologiques, on le retrouve au cœur même des préoccupations des activités de surveillance environnementale. L'exploitation commerciale des forêts est une industrie importante à travers le monde. Des forêts sont coupées puis replantées et les compagnies d'exploitation forestière sont continuellement à la recherche de nouvelles sources de bois. Les pressions se faisant grandissantes pour la conservation des forêts primaires et vierges et les pratiques forestières abusives ayant grandement limité les régions de coupes potentielles, les compagnies d'exploitation forestière doivent modifier leurs méthodes et devenir plus efficaces et développer des méthodes d'exploitation plus écologiques. Leur propre survie de même que l'approvisionnement en bois d'une population toujours en croissance dépend de la préservation de la ressource. Image de la déforestation 2 L'exploitation commerciale de la forêt n'est pas la seule responsable du déboisement. Des facteurs humains (les brûlis pour l'agrandissement des pâturages et des champs de cultures, le développement urbain) et des facteurs naturels (les sécheresses, l'agrandissement des déserts, la perte d'eau souterraine, les insectes, les feux, la maladie, le typhon) contribuent également à la disparition des forêts. Dans certaines parties du monde, particulièrement sous les tropiques, les forêts (tropicales humides) recouvrent ce qui peut être considéré comme la plus grande richesse qui soit : des terres fertiles. Les forêts sont brûlées ou rasées pour faciliter l'accès et l'utilisation de ces terres. Cette pratique survient souvent quand la perception des besoins de subsistance à long terme est éclipsée par celle des besoins de subsistance à court terme. Non seulement le déboisement des forêts riches en espèces diverses affecte-t-il le régime hydrologique local et régional, mais la fumée provenant des arbres en combustion pollue l'atmosphère, y ajoutant plus de CO2 et augmentant l'effet de serre. La surveillance de la santé des forêts est indispensable pour leur conservation et leur survie. Le déboisement d'espèces clés telles que les palétuviers sur les côtes où l'équilibre environnemental est fragile, la destruction de supports clés ou d'arbres abritant des essences potentiellement récoltables ou la disparition de larges biotes agissant comme réservoirs de CO2 ont des répercussions négatives pour la société. De plus en plus d'efforts sont déployés pour assurer l'application des lois et des protocoles internationaux qui tentent de protéger ces régions. La foresterie peut bénéficier de nombreuses applications internationales et domestiques de la télédétection. Mentionnons parmi celles-ci : le développement continu, la biodiversité, les titres et cadastres des terres, la surveillance du déboisement, la gestion du reboisement, les opérations de coupes commerciales, la cartographie et la protection des côtes et bassins versants et la surveillance biophysique (estimation d'habitats sauvages). Certains pays en voie de développement (en Afrique surtout) ont une connaissance limitée de leurs ressources forestières. La cartographie du couvert forestier général, la surveillance des changements côtiers et des bassins versants, la surveillance des coupes et le suivi de la régénération, ainsi que la cartographie des feux de forêts et des zones brûlées sont autant d'applications que les agences ou compagnies nationales et étrangères qui sont en mesure d'utiliser la télédétection comme source d'information peuvent offrir sur le marché international. Parmi les applications de la télédétection en foresterie se trouvent également : 1) La cartographie de reconnaissance Les agences nationales forestières ou environnementales poursuivent des objectifs tels que la mise à jour du couvert forestier, la surveillance de la diminution des ressources et la mesure des propriétés biophysiques des forêts : Discrimination du type de couvert forestier Cartographie agroforestière. 2) La foresterie commerciale Les compagnies forestières ainsi que les agences de gestion des ressources accordent beaucoup d'importance à l'inventaire et aux applications cartographiques telles que la collecte d'information sur les récoltes, la mise à jour des inventaires pour la demande de coupe, les types de forêts, la densité de végétation et les mesures de biomasse : Cartographie de coupe à blanc / évaluation de la régénération Déboisement par le feu Cartographie d'infrastructure / support des opérations Inventaire des forêts Estimation de la biomasse Inventaire des espèces. 3) Surveillance environnementale Les gestionnaires de conservation sont préoccupées par la surveillance de la qualité, de la santé et de la diversité des forêts de la Terre : Déforestation (forêts tropicales, colonies de palétuviers) Inventaire des espèces Protection des bassins déversants (bandes riveraines) Protection des côtes (forêts palétuviennes) Santé et vigueur des forêts. Les exigences Africaines pour les applications forestières diffèrent considérablement des besoins internationaux, en raison des contrastes dans la taille des arbres, de la diversité des espèces et des pratiques agroforestières. Le niveau de précision et de résolution requis pour les données diffère selon les besoins spécifiques. Les agences nationales ont beaucoup de connaissances fondées sur leurs ressources et leurs inventaires actuels, et leurs besoins en cartographie sont souvent comblés par des données facilement disponibles. Le degré de précision nécessaire aux applications africaines exige l'utilisation d'information multispectrales, une résolution fine et des données continues. L'immense besoin de données fiables pour le couvert saisonnier oblige à rechercher un équilibre entre la résolution spatiale, la recherche de précision et le coût des données. Une résolution spatiale de 10 à 30 m semble adéquate pour la cartographie du couvert forestier, l'identification et la surveillance des coupes à blanc, la cartographie des zones en feu ou brûlées, la collecte de l'information des récoltes forestières et l'identification des dommages subis par les forêts. Une couverture spatiale de 100 à 10 000 km2 est appropriée pour les couvertures forestières et pour la cartographie des coupes à blanc à l'échelle régionale et provinciale, tandis qu'une couverture spatiale de 1-100 km2 est plus adéquate pour l'étude du couvert forestier et du volume de sites spécifiques. Les gestionnaires de forêts tropicales sont, quant à eux, plus intéressés par des sources de données fiables, en fonction durant certaines périodes cruciales, et non assujetties aux conditions atmosphériques. Applications Géologiques de la télédétection La géologie est l'étude des formes de terrain, des structures et de l'écorce terrestre, et a pour but de comprendre les processus physiques qui modifient la croûte terrestre. Elle est généralement perçue comme étant l'exploration et l'exploitation des ressources minérales et pétrolières dans le but d'améliorer les conditions de vie de la société. Le pétrole produit de l'essence et de l'huile pour les véhicules ; les agrégats et le calcaire sont des matériaux de base pour la construction des routes et des bâtiments ; les mines de potasse contribuent à la fabrication d’engrais ; le charbon contribue à la production d’énergie ; les métaux précieux sont utilisés pour les bijoux, les diamants pour les outils de forage ; et le cuivre, le zinc et autres minéraux ont plusieurs utilités. La géologie comprend aussi l'étude des phénomènes naturels potentiellement dangereux comme les volcans, les glissements de terrain et les tremblements de terre, et constitue donc un apport important pour les études géotechniques de construction et de génie civil. La géologie n'est pas limitée à la surface de la Terre - la télédétection a été utilisée pour examiner la composition et la structure des autres planètes et satellites naturels. La télédétection est un outil qui permet l'extraction d'information sur la structure ou la composition de la surface de la Terre. Elle est souvent combinée à d'autres sources de données pour des mesures complémentaires. À partir de la réflectance spectrale, les données multispectrales peuvent fournir de l'information sur la composition lithologique des roches. Le radar fournit de l'information sur la rugosité et la géométrie de la surface et est donc très utile, surtout quand il est combiné avec des données provenant d'autres sources pour produire une représentation détaillée du relief. La télédétection n'est pas limitée aux applications géologiques directes ; elle est aussi utilisée dans la planification et la logistique, comme la planification de routes d'accès dans une région minière, la surveillance de projet de réclamation, et dans la création de cartes de base sur lesquelles les données géologiques peuvent être superposées. Voici une liste des principales applications de la télédétection pour la géologie : la cartographie des dépôts de surface la cartographie lithologique la cartographie structurale l'exploration et exploitation des agrégats (sable et gravier) l'exploration minière l'exploration pétrolière la géologie environnementale la géobotanique l'infrastructure de base la cartographie et surveillance des taux de sédimentation la cartographie et surveillance des phénomènes naturels la cartographie des risques géologiques la cartographie planétaire. Je vous invite à lire les cas spécifiques suivants d’application de la télédétection Cartographie structurale et analyse des formes de terrain Cartographie des unités géologiques Applications Hydrologiques de la télédétection L'hydrologie est l'étude de l'eau sur la Terre, qu'elle coule à la surface, qu'elle soit gelée sous forme de glace ou de neige, ou qu'elle soit emprisonnée dans le sol. L'hydrologie est naturellement liée à plusieurs autres applications de la télédétection, particulièrement à la foresterie, à l'agriculture et à l'utilisation du sol, parce que l'eau est une composante importante dans chacun de ces domaines. Comme la plupart des processus hydrologiques sont dynamiques, de façon saisonnière et quotidienne, une observation fréquente est nécessaire. La télédétection offre un aperçu synoptique de la distribution spatiale et de la dynamique des processus hydrologiques, qui n'est généralement pas disponible avec les relevés terrestres. Le radar apporte une nouvelle dimension aux études hydrologiques, car c'est un capteur actif qui permet l'acquisition de données le jour, la nuit et même durant les tempêtes. Voici quelques applications hydrologiques : la cartographie et la surveillance des marécages l'évaluation de l'humidité du sol la surveillance et la cartographie de l'étendue d’eau la mesure de l'épaisseur de la neige l'évaluation de la quantité d'eau la surveillance de la glace fluviale et lacustre la surveillance et la cartographie des inondations la surveillance de la dynamique des glaciers (ablation, poussée) la détection des changements dans les rivières et les deltas la cartographie et la modélisation des bassins hydrologiques la détection des fuites des canaux d'irrigation la planification des horaires d'irrigation. Cartographie et la délimitation des inondations Contexte général Les inondations constituent un phénomène naturel du cycle hydrologique. Elles s'avèrent nécessaires pour renouveler la fertilité du sol, car elles déposent périodiquement de nouveaux nutriments et des sédiments fins. Mais elles peuvent aussi causer la perte de vies, la destruction temporaire d'habitats sauvages et des dommages permanents aux infrastructures urbaines et rurales. En Afrique sub-saharienne, des inondations fluviales peuvent être causées par l'endommagement des barrages humains ou naturels, la pluie, l'engorgement des rivières et le ruissellement excessif de l'eau. Pourquoi la télédétection ? Les techniques de télédétection sont utilisées pour mesurer et effectuer le suivi de la superficie de l'inondation, pour orienter les secours de façon efficace et pour fournir des évaluations quantifiables sur l'étendue des terres et des infrastructures touchées. L'incorporation des données de télédétection dans un SIG permet le calcul et l'évaluation rapides des niveaux d'eau, des dommages et des régions en danger d'inondation. Les agences de prévision d'inondations, les compagnies hydroélectriques, les organismes de conservation, les urbanistes, les organismes de secours d'urgence et les compagnies d'assurance utilisent tous ce type de données. L'identification et la cartographie des plaines alluviales, des chenaux de rivières abandonnés et des méandres sont importantes pour la planification des réseaux de transports. Exigences des données Plusieurs utilisateurs des données de télédétection ont besoin d'information durant une crise ; ils ont donc besoin de données en temps réel. Le délai de traitement et de livraison est moins important pour les utilisateurs qui travaillent dans la modélisation hydrologique, dans les études d'étalonnage et de validation, dans l'évaluation des dommages, et dans la planification de moyens d'atténuation des inondations. Les inondations sont habituellement de courte durée et surviennent généralement durant des périodes pluvieuses ; les capteurs optiques qui normalement produisent l'information utile pour cette application, deviennent alors inutiles, car ils ne peuvent pénétrer la couche nuageuse. Pour cette raison, des capteurs actifs RSO sont particulièrement importants pour la surveillance des inondations. RADARSAT, en particulier, offre un intervalle très court entre le moment d'acquisition des données et la livraison au client. Les données RSO permettent de bien discerner les surfaces de terre des surfaces d'eau, ce qui permet la cartographie rapide des limites de l'étendue des inondations. Les données RSO sont encore plus utiles quand elles sont intégrées à une image acquise avant l'inondation puis présentées dans un SIG contenant l'information cadastrale et les réseaux routiers. Humidité du sol Contexte général L'humidité du sol est une mesure importante pour la détermination du potentiel de production d'une culture dans des pays souvent menacés de sécheresse. Elle est aussi importante dans la modélisation des bassins de drainage où l'humidité dans le sol reflète la quantité d'eau présente dans les deux premiers mètres du sol. Cette humidité est toutefois susceptible de s'évaporer dans l'atmosphère. La détection rapide de conditions d'assèchement (qui peuvent nuire aux cultures ou qui peuvent indiquer le début d'une sécheresse) permet d'améliorer la production agricole et de faire des prévisions quant au volume et à la qualité des récoltes. La détection rapide de risques permet de prévenir les producteurs agricoles et aide à la planification de l'aide humanitaire. L'humidité du sol aide aussi dans la prédiction d'inondations, car un sol saturé ne peut pas absorber plus de pluie ou d'eau de ruissellement. L'humidité du sol est un paramètre important dans la modélisation du drainage qui peut fournir de l'information sur le potentiel hydroélectrique et d'irrigation d'un bassin. Dans les régions de déforestation active, les évaluations de la teneur en humidité du sol aident à la prévision du volume de ruissellement, des taux d'évaporation et de l'érosion du sol. Pourquoi la télédétection ? La télédétection permet de mesurer l'humidité du sol sur une grande superficie, contrairement aux mesures au sol qui donnent seulement des valeurs ponctuelles. Le radar est un excellent outil pour obtenir des mesures quantitatives et des images qualitatives, car la rétrodiffusion du radar dépend de l'humidité du sol, ainsi que de la topographie, de la rugosité de la surface, et de la quantité et du type de couvert végétal. Si les quatre derniers paramètres demeurent inchangés, les images radars multitemporelles peuvent démontrer le changement de la teneur en humidité du sol avec le temps. Le radar est sensible à la constante diélectrique du sol qui est une fonction du taux d'humidité. Les commissions agricoles, commerciales et administratives, les courtiers en matières premières, les gestionnaires de fermes à grande échelle, les gestionnaires de conservation et les producteurs d'énergie hydroélectrique sont tous des utilisateurs d'informations dérivées des données de télédétection sur le taux d'humidité du sol. Exigences des données Un capteur doit évidemment être sensible au taux d'humidité du sol. Le radar est donc plus utile que les capteurs optiques pour cette application. L'acquisition régulière et fréquente d'images est nécessaire durant la saison de croissance pour suivre les changements dans le taux d'humidité. Une livraison rapide des données est requise pour permettre aux producteurs de réagir à temps pour corriger la situation (sol saturé ou trop sec). En utilisant des images à haute résolution, le producteur agricole peut cibler les corrections de façon plus précise. Une couverture régionale permet un aperçu global du sol et des conditions de croissance pour les besoins des commissions agricoles et des gestionnaires. Couverture du sol et la cartographie de la biomasse Contexte général La cartographie de la couverture du sol sert d'inventaire de base des ressources du sol pour des organismes gouvernementaux à tous les niveaux, pour les agences environnementales et pour le secteur privé à travers le monde. La télédétection offre un moyen efficace d'acquisition et de présentation de données de couverture du sol tant au plan régional que local. Les couvertures du sol comprennent tous les types de cultures, la forêt tropicale et les terres arides. La cartographie de la couverture du sol à l'échelle régionale intéresse quiconque cherche à obtenir un inventaire des ressources du sol, pour en assurer le suivi et la gestion. Des programmes sont gérés à travers le monde pour observer les conditions régionales des cultures ainsi que pour étudier les changements climatiques. La cartographie de la biomasse fournit des estimations quantifiables de la couverture de la végétation, et des informations biophysiques comme l'indice foliaire (IF), la production primaire brute (PPB) et des mesures d'accumulation de biomasse totale (ABT) - tous des paramètres importants pour mesurer, par exemple, la santé des forêts. Pourquoi la télédétection ? Rien n'est plus pratique et économique pour obtenir une perspective régionale de couverture du sol que la télédétection. Les données de télédétection permettent d'observer les changements dans la phénologie (croissance) des plantes au cours des saisons de croissance, tant au niveau du changement du contenu de chlorophylle (discernable avec VIR) qu'à celui du changement de structure (avec le radar). La cartographie régionale nécessite une couverture spatiale continue au-dessus de grandes régions. Il serait difficile de discerner des tendances avec des points comme sources de données. La télédétection satisfait cette exigence et fournit aussi de l'information multispectrale, multicapteurs, et multitemporelle pour une classification exacte de la couverture du sol. L'image multisources qui permet l'intégration de deux sources de données a l'avantage d'augmenter le contenu en information. Exigences des données Pour des études de végétation à l'échelle continentale ainsi qu'à l'échelle du globe, des données à résolution moyenne (1 km) sont acceptables puisque qu'elles demandent moins d'espace de stockage et moins d'effort de traitement de données, ce qui a une portée significative lorsque de très grandes régions sont traitées. Évidemment, les exigences dépendent entièrement du domaine d'application. Par exemple, la cartographie des marécages exige une période d'acquisition considérable ainsi qu'une haute résolution. La demande de couverture peut être très grande pour des types de levés régionaux. Pour couvrir une grande région tout en conservant une haute résolution, on crée une mosaïque de la région à partir d'une série de scènes. L'information sur la couverture du sol peut varier avec le temps. Les données multitemporelles sont préférables pour capter des changements phénologiques durant la saison de croissance. Bien que la supériorité des données optiques soit indéniable pour la cartographie de la couverture du sol, les images radars n'en demeurent pas moins utiles dans les régions nuageuses. Couverture et l'utilisation du sol Même si les termes couverture du sol et utilisation du sol se ressemblent, ils ont des définitions très différentes. La couverture du sol fait référence à la couverture de la surface sur le sol, que ce soit de la végétation, des infrastructures, de l'eau, le sol nu ou autres. L'identification, le tracé et la cartographie de la couverture du sol sont importants pour les études de surveillance planétaire, de gestion des ressources et de planification d'activités. L'identification de la couverture du sol établit la ligne de base à partir de laquelle des activités de suivi (et de détection) des changements peuvent être effectuées, et fournir des informations préliminaires pour les cartes thématiques. L'utilisation du sol fait référence à l'usage qu'on fait du sol, par exemple les loisirs, l'habitat de la faune ou l'agriculture. L'application de l'utilisation du sol comprend la cartographie de base ainsi que la surveillance qui en découle, puisque des informations adéquates sont nécessaires pour connaître quelle superficie de sol correspond à quel type d'utilisation, ainsi que pour identifier les changements d'utilisation au fil des ans. Ces connaissances vont aider au développement de stratégies visant à équilibrer les utilisations conflictuelles et les pressions de l'urbanisation. La disparition et les perturbations des terres arables, l'urbanisation et la détérioration des forêts sont des sujets qui stimulent le développement d'études sur de l'utilisation du sol. Il est donc important de faire la distinction entre la couverture du sol et l'utilisation du sol, ainsi que les informations que nous pouvons en retirer. Les propriétés mesurées par la télédétection se rapportent à la couverture du sol, à partir de laquelle l'utilisation du sol peut être déduite à l'aide de données auxiliaires ou de connaissances préalables. L'étude de la couverture et de l'utilisation du sol est multidisciplinaire. Les participants impliqués dans ce genre d'études sont nombreux et très variés, mentionnons entre autres : les organismes internationaux de préservation de la faune et de conservation, les centres de recherche gouvernementaux et l'industrie forestière. Les agences gouvernementales régionales ont besoin d'inventaires des couvertures du sol et de suivi des utilisations du sol pour mener à bien leur mandat de gestionnaire des ressources naturelles de leurs régions respectives. En plus de faciliter la gestion durable des terres, la couverture et l'utilisation du sol peuvent être utilisées pour la planification, la surveillance et l'évaluation de développement, de l'activité industrielle etc. La détection de changements des couvertures du sol à long terme peut indiquer une réaction à des modifications des conditions climatiques locales ou régionales qui sont la base même de la surveillance à l'échelle du globe. Les gestionnaires de ressources qui travaillent avec des compagnies d'exploitation de ressources telles que le pétrole, le bois et les mines, sont soucieux des couvertures et des utilisations du sol tout comme les agences d'inventaires de ressources naturelles locales. Les changements dans la couverture du sol intéressent les scientifiques, et les gestionnaires de la conservation ainsi que les intervenants municipaux qui sont intéressés à établir le niveau des taxes ou la cartographie de la végétation. Les gouvernements sont également soucieux de la protection des ressources naturelles et s'engagent dans des activités de sensibilisation du grand public aux problèmes des sols. Voici une liste de quelques applications de la télédétection pour l'utilisation du sol : la gestion des ressources naturelles la protection de l'habitat sauvage la cartographie de base pour des données SIG l'expansion et le développement urbains la planification des itinéraires et de la logistique pour les activités d'exploration sismique et d'extraction de ressources la délimitation de l'étendue de dommage (tornades, inondations, volcans, tremblements de terre, feux) la détermination des limites légales pour l'évaluation des taxes et des propriétés la détection de cibles - l'identification de pistes d'atterrissage, de routes, de clairières, de ponts, de l'interface terre-eau. Changements d'utilisation du sol (rural/urbain) Contexte général Comme la population de la Terre augmente et que les économies nationales continuent de s'éloigner d'un système basé sur l'agriculture, les villes prennent constamment de l'expansion. La croissance urbaine s'effectue souvent aux détriments des terres agricoles ou des forêts productives envahies par ces irrésistibles poussées d'urbanisation. La croissance des villes est un indicatif du développement de l'industrialisation et elle a généralement un impact négatif sur la santé environnementale d'une région. Le passage de l'utilisation rurale du sol à une utilisation urbaine, est surveillé de manière à estimer la population, prévoir et planifier la direction de la croissance urbaine et pour effectuer le suivi des régions sensibles à certains dangers sur le plan environnemental. L'établissement de refuges temporaires peut être surveillé, et la densité et l'importance d'une population peuvent être estimées. L'analyse de changement d'utilisation du sol est importante afin d'assurer que le développement urbain n'empiète pas sur les précieuses terres agricoles et que l'agriculture se développe dans les endroits les plus appropriés pour éviter une dégradation due au voisinage urbain. Pourquoi la télédétection ? Avec des analyses multi-temporelles, la télédétection offre une perspective unique sur la façon dont les villes se développent. L'élément clé pour cartographier les changements d'utilisation du sol rurale à urbaine, est la capacité de distinguer entre les utilisations rurales (l'agriculture, les pâturages, les forêts) et les utilisations urbaines (résidentielle, commerciale, récréative). Les méthodes de télédétection peuvent être utilisées au-dessus de grandes régions pour effectuer la classification des types d'utilisation du sol de façon pratique, économique et de manière répétitive. Exigences des données La détection et la cartographie des changements d'utilisation du sol doivent satisfaire deux exigences : une haute résolution spatiale afin d'obtenir des informations détaillées, et des données multispectrales optiques afin de faire la distinction entre les différentes classes d'utilisation du sol. Les détecteurs opérationnels dans les zones visible et infrarouge du spectre sont les sources de données les plus utiles pour l'analyse de la couverture et de l'utilisation du sol. Alors que plusieurs caractéristiques urbaines peuvent être détectées par l'imagerie radar ou autres (grâce à une grande réflexivité), les données VIR à haute résolution permettent une distinction plus fine de la couverture et de l'utilisation du sol, ce qui permet une identification plus sure de la banlieue urbaine et des classes de transition allant de l'urbain au rural. Les images optiques acquises pendant les mois pluvieux sont également utiles pour tracer la frontière entre les régions urbaines et non urbaines. Les villes apparaissent de façon contrastée par rapport aux champs dont la texture est lisse. Les capteurs radars sont également utiles pour le tracé des applications rurales et urbaines grâce à leur sensibilité aux formes géométriques qui permet de détecter les éléments anthropogéniques comme les édifices. Les conditions atmosphériques (couverture nuageuse) au-dessus d'une région provoquent une différence significative dans les exigences pour le tracé urbain, à travers le monde entier. Les régions souvent ennuagées font appel à la capacité du radar de pénétrer les nuages, alors que les régions jouissant d'un ciel dégagé peuvent utiliser des photos aériennes, optiques ou radars. Les pratiques d'utilisation de sol pour les régions rurales et urbaines variant considérablement d'une région du monde à l'autre, les exigences pour les techniques de télédétection utilisées (sauf en cas de couverture nuageuse) sont orientées vers une résolution spatiale fine. Cartographie La cartographie est une composante intégrale du processus de gestion des ressources terrestres, et l'information cartographique est un produit courant de l'analyse des données de télédétection. Les éléments naturels et les infrastructures artificielles, comme les réseaux de transport, les centres urbains et les frontières administratives, peuvent être représentés spatialement par rapport à des systèmes de coordonnées connus, et peuvent, par la suite, être combinés à de l'information thématique. Des cartes d'information de base, thématique, et topographique sont essentielles à la planification, à l'évaluation et à la surveillance, en vue de la reconnaissance militaire et civile, de la gestion de l'utilisation du sol, particulièrement si les données sont intégrées dans un système d'information géographique comme informations de base. L'intégration de l'information sur l'altitude est cruciale pour plusieurs applications et est souvent la clé du succès des programmes de cartographie d'aujourd'hui. Dans plusieurs pays du monde, la grande superficie et le potentiel des ressources naturelles, jumelés à un faible taux de population, ont forcé le développement de mécanismes efficaces et minutieux d'investigations et d'enregistrement de l'information. Traditionnellement, cette information était obtenue au moyen de levés et de techniques photogrammétriques qui étaient dispendieuses et qui exigeaient beaucoup de temps, particulièrement pour la révision des données désuètes. Les récents développements de la technologie informatique (vitesse, traitement des données, capacité de stockage, cloud-computing), la demande croissante pour les données numériques et les capacités de production cartographique informatisée, ont favorisé l'utilisation de l'information de télédétection comme source de données pour les applications cartographiques. La demande croissante pour l'utilisation des données de télédétection pour la cartographie se justifie par les nombreux avantages qu'elle offre, notamment : une couverture stéréo une répétitivité fréquente une livraison rapide une couverture régionale des coûts de main-d’œuvre peu élevés une couverture du globe quasi totale le stockage numérique une intégration facile au SIG une mise à jour facile Les compagnies d'exploitation de ressources naturelles (forestière, minière, pétrolière), les industries de support et service (génie), les agences de développement d'infrastructures et de services publics (pipelines, hydroélectricité, télécommunications, transport), les agences de cartographie gouvernementales, et les militaires utilisent et produisent tous des produits cartographiques. La diversification des utilisateurs et la commercialisation d'applications auparavant réservées aux militaires, a créé une demande pour une vaste gamme de produits cartographiques. L'emphase est maintenant mise sur les avantages de l'amélioration du contenu et de l'échelle de l'information, et sur la précision plutôt que sur le coût des données. Les pays en voie de développement sont présentement en train de mettre sur pied des programmes pour la cartographie de région où l'information est de mauvaise qualité ou inexistante, dans le but d'augmenter leurs connaissances en topographie et en planimétrie. L'information dérivée servira à étayer les questions de souveraineté territoriale, à évaluer et surveiller le potentiel et l'exploitation des ressources, et à stimuler l'économie. Les données radars seront recherchées pour la cartographie par télédétection des régions tropicales. Surveillance côtière et océanique En plus de constituer une importante source de nourriture et une immense ressource biophysique, les océans servent aussi de voies de transport, ils sont importants dans la formation des systèmes météorologiques et comme réservoirs à CO2. Les océans sont un élément majeur dans l'équilibre hydrologique de la Terre. La compréhension de la dynamique des océans est importante pour l'évaluation des réserves de poissons, pour la planification du trajet des navires, pour la prédiction des conséquences sur la circulation atmosphérique de phénomènes comme El Nino, pour la prévision et la surveillance des tempêtes dans le but d'en réduire les impacts désastreux sur la navigation marine, pour l'exploration au large et pour le développement côtier. Les études de la dynamique des océans comprennent l'évaluation de la direction, de la vitesse et de la hauteur des vagues, l'identification des phénomènes d'échelle moyenne, la bathymétrie, la température de l'eau et la productivité des océans. Les régions côtières sont sensibles aux changements environnementaux, aux changements créés par le développement économique et aux changements d'utilisation du sol. Souvent, les côtes sont des zones à grande biodiversité, et peuvent être très urbanisées ; 60 % de la population de la Terre habite près des océans. Les zones côtières sont donc des régions de plus en plus affectées par l'activité humaine. Les agences gouvernementales qui effectuent le suivi des activités humaines dans leurs régions, ont besoin de nouvelles sources de données pour surveiller les changements comme l'érosion côtière, la perte d'habitat naturel, l'urbanisation, la pollution. Les techniques de télédétection peuvent fournir des données pour des applications telles que la cartographie de la dynamique des océans et la surveillance des changements survenus aux régions côtières. Voici quelques exemples d'applications aux océans : Identification des patrons océaniques : courants, patrons de circulation régionale, zones de cisaillement zones frontales, vagues internes, vagues de gravité, remous, zones de résurgence, bathymétrie d'eau peu profonde Prévisions des tempêtes : Évaluation du vent et des vagues Évaluations des réserves de poissons et des mammifères marins : surveillance de la température de l'eau qualité de l'eau production océanique, concentration et dérive du phytoplancton inventaire et surveillance de l'aquaculture Déversements d'hydrocarbures : cartographie et prédiction de l'étendue et de la dérive des déversements support stratégique pour la planification des opérations de secours identification des régions de fuites naturelles pour l'exploration Transport maritime : planification de routes études de densité du trafic surveillance des pratiques de pêche bathymétrie des eaux peu profondes Zones intertidales : effets des marées et des tempêtes délimitation de l'interface terre-eau cartographie des éléments côtiers dynamiques des plages cartographie de la végétation côtière effet des activités anthropogéniques