Géomatique PDF

Partie 1 Définition de géomatique : La Géomatique associe géographie et informatique pour collecter, analyser et partager des données géographiques. Elle inclut les SIG, la télédétection et le web mapping. Ses origines remontent au 19ᵉ siècle avec la cartographie des pandémies. Le SIG, composante cl...

Partie 1 Définition de géomatique : La Géomatique associe géographie et informatique pour collecter, analyser et partager des données géographiques. Elle inclut les SIG, la télédétection et le web mapping. Ses origines remontent au 19ᵉ siècle avec la cartographie des pandémies. Le SIG, composante clé, permet de gérer et d’analyser ces données via outils, méthodes et utilisateurs. Objectifs : L’analyse de la donnée géographique sur le plan spatial, attributaire, statistique, graphique La réalisation et la visualisation de la donnée, telles que la cartographie et la modélisation. Un système d'aide à la décision Gestion rapide et efficace des bases de données. L’utilisation du terme Géographie renvoi plutôt à son sens large qui met en exergue toute donnée de toute nature pouvant être étudiée et traitée. Information géographique : Est une donnée liée à un emplacement. Elle peut avoir une forme (géométrie) ou être simplement des données dans un tableau, utilisables dans un logiciel SIG. Deux composantes : ❖ Sémantique (attributs) : données descriptives comme le numéro d’une route ou l’âge d’une couche géologique, stockées sous forme tabulaire. ❖ Géométrique (entité) : données représentées par des points, lignes ou surfaces. Représentation : L’information géographique peut être représentée par deux modèles :  Modèle Raster : Représente les données sous forme d’une matrice numérique (pixels). Utilisé pour l’imagerie satellitaire ou les photos aériennes, il offre une représentation fidèle de l’espace. Modèle Vecteur : Représente les données sous forme de géométries (points, lignes, polygones) avec des attributs. Permet la création, la modification et la superposition des données. Géoréférencement : Consiste à localiser des objets à l’aide de coordonnées, basées sur un système géodésique qui modélise la forme de la Terre. Systèmes géodésiques : L'ellipsoïde modélise une forme simplifiée de la Terre sans relief. Le géoïde représente une surface plus précise, adaptée à la gravitation terrestre. Datum : Un datum global : comme le WGS 84, est utilisé pour des applications internationales (ex. GPS). Les datums locaux : adaptés à des zones spécifiques, prennent en compte des contraintes régionales (ex. ED50 en Europe). Les projections cartographiques Permet de représenter la Terre (surface courbée en 3D) sur une surface plane en 2D, via une transformation mathématique. Types de projections : ▪ Équivalente : Conserve les surfaces mais déforme les angles et distances (ex. Lambert cylindrique). ▪ Conforme : Respecte les angles mais altère les surfaces et distances (ex. Mercator). ▪ Aphylactique / Équidistante : Fait un compromis entre toutes les déformations. ▪ Azimutale : Idéal pour représenter les pôles ou des régions spécifiques. Méthodes courantes : ▪ Cylindrique : Utilise un cylindre, utile pour les zones équatoriales. ▪ Conique : Base sur un cône, adapté pour les régions autour d'un parallèle donné. ▪ Plane / Azimutale : Représente des zones polaires ou locales sur un plan. Application et domaine d’intervention de la Géomatique : La géomatique, avec les SIG (Systèmes d’Information Géographique), est utile pour créer, analyser et mettre à jour des cartes et données spatiales. Elle permet de : 1. Modifier ou moderniser des cartes anciennes. 2. Créer des cartes thématiques en associant des données géographiques. 3. Analyser des données avec des outils géospatiaux et statistiques. 4. Développer des cartes interactives en ligne (comme Open Street Map) et gérer de grandes bases de données. Analyse Géo-Spatiale : Est une méthode qui permet d'étudier des données géographiques en les associant à des positions spécifiques. Ces données peuvent provenir de cartes, d'images satellites ou de GPS. Cette analyse utilise des outils informatiques pour comprendre les relations entre différents phénomènes géographiques, environnementaux et socio-économiques. Géotraitement : Sert à manipuler et transformer des données géographiques pour les analyser. Il permet de fusionner des données, les adapter à un système commun ou créer de nouvelles informations. Par exemple : ▪ On peut analyser la couverture du sol ▪ Mesurer les distances entre des points d'intérêt ▪ Estimer des valeurs manquantes ou classer des images satellites pour identifier des types de végétation. Les outils de Géotraitement : ArcGIS et QGIS sont des logiciels SIG utilisés pour l'analyse de données géographiques avec des outils de géotraitement. Python, un langage de programmation, est également utilisé pour effectuer des géotraitements. Analyses multicritères : Permet d'évaluer plusieurs alternatives en prenant en compte différents critères (naturels, sociaux, économiques, etc.) pour prendre des décisions. Elle comprend plusieurs étapes : Définir les critères Collecter les données nécessaires Normaliser les données Combiner les critères en utilisant des méthodes comme AHP Interpréter les résultats. Cette méthode est utilisée dans divers domaines, comme la gestion des ressources naturelles et la planification urbaine. Gestion de bases de données attributaires : Permet de stocker des informations non spatiales sur les entités géographiques, telles que les noms, adresses ou valeurs de mesure. Pour créer une base de données attributaire, il faut définir les champs et leurs types de données. Les données peuvent être ajoutées manuellement ou importées. Il est aussi possible de modifier ou de mettre à jour les informations. Les données peuvent être interrogées via des requêtes pour extraire des informations spécifiques, et elles sont reliées aux données géographiques par un identifiant unique pour permettre des analyses spatiales.  Partie 2 Télédétections : ▪ Est une méthode qui permet d'étudier des objets à distance, sans les toucher, en utilisant des capteurs. ▪ L'œil humain est un exemple simple de télédétection, car il peut reconnaître des objets comme des visages sans contact direct. Processus : Les types : Passive (utilisant la lumière naturelle, généralement du soleil) Active (utilisant une source d'énergie artificielle). Importance de télédétection : Avantages : Couverture globale : Elle permet de suivre des phénomènes à l’échelle mondiale (ex. désertification, ouragans). Observation à différentes échelles : Elle permet d’étudier un phénomène de manière générale ou en détails. Accès à des informations invisibles : Elle donne des données sur des aspects comme la température des océans ou la pollution de l’air. Traitement numérique : Elle facilite les études statistiques et la quantification des phénomènes. Inconvénient : Les modèles obtenus ne sont pas aussi précis que ceux faits sur le terrain ou avec des photographies aériennes. Des régions spectrales utilisées pour l'observation à distance : 1. Spectre visible (0,4-0,7 μm) : C'est la lumière que nous voyons avec nos yeux. Elle est divisée en rouge, vert et bleu. 2. Infrarouge proche (0,7-1,1 μm) : Lumière réfléchie par les objets, utilisée comme le spectre visible pour la télédétection. 3. Infrarouge moyen (1,1-8 μm) : Utilisé pour mesurer des gaz comme la vapeur d'eau et l'ozone dans l'atmosphère. 4. Infrarouge thermique (8-14 μm) : Mesure la chaleur des objets et peut être capturé à tout moment de la journée. 5. Micro-ondes (1mm-1m) : Peu affectées par l'atmosphère et les nuages, elles sont utilisées pour observer la Terre avec des capteurs spéciaux. Caractéristiques des capteurs : Résolution Spectrale : C'est la capacité du capteur à capter différentes longueurs d'onde. Résolution Spatiale : C'est la taille de la zone que le capteur peut observer en une seule fois, mesurée par le pixel. Résolution Radiométrique : C'est la capacité du capteur à différencier deux niveaux d'énergie très proches. Résolution Temporelle : C'est le temps entre deux observations de la même zone, qui dépend de l'orbite et du satellite. L’acquisition des données en télédétection Photographie aérienne : C'est la méthode la plus ancienne et encore très utilisée. Elle est souvent utilisée lors de missions spatiales avec des vaisseaux habités. Radiomètres : Ce sont des capteurs qui mesurent le rayonnement et créent une image en collectant des données radiométriques sur le terrain. Imagerie radar : Ces capteurs émettent un rayonnement et mesurent le retour de celui-ci. Le radar est utile car il peut traverser les nuages et fonctionne dans toutes les conditions météorologiques, ce qui est très pratique pour certaines régions. Les plateformes utilisées en télédétection Bras télescopique : Utilisé pour l'expérimentation et l'étalonnage, un capteur est fixé à un bras télescopique monté sur un véhicule tout-terrain. Plates-formes aéroportées : Ces capteurs sont installés sur des avions, hélicoptères ou ballons. Bien que pratiques pour des couvertures détaillées, elles ont des limitations telles que la couverture restreinte, la prise de données non garantie et des coûts élevés. Satellites : En orbite autour de la Terre, les satellites offrent une couverture continue et répétitive de la surface terrestre à un coût généralement plus faible que les autres plateformes Missions spatiales d'observation de la Terre :  LANDSAT : Programme lancé par la NASA et l'USGS dans les années 1960. Il comprend plusieurs satellites utilisés pour étudier les changements climatiques, l'utilisation des sols, la géologie, l'agriculture, etc. SPOT : Programme français de satellites lancé entre 1985 et 2002, développé par le CNES pour la télédétection et la cartographie de la Terre. Les images sont commercialisées par Astrium. Sentinel : Partie du programme Copernicus de l'Union européenne, ces satellites remplacent ENVISAT et sont utilisés pour surveiller la Terre. ALSAT-1 : Premier satellite algérien lancé en 2002. Il est utilisé pour diverses applications, comme la gestion des ressources naturelles et la cartographie des sols. ALSAT-2A : Satellite algérien lancé en 2010, offrant des images à haute résolution pour des applications comme la gestion des terres et le suivi des phénomènes évolutifs. Analyse des données en télédétection Image numérique : Une image contient plusieurs bandes spectrales (par exemple, 9 bandes pour Landsat 7) qui captent différentes informations sur la surface terrestre.  Traitement des images : Visualisation en niveaux de gris : Affichage des images avec des variations de gris pour identifier des objets clairs et sombres. Visualisation en couleur : Utilisation de la composition RGB (Rouge, Vert, Bleu) pour afficher les objets comme vus à l'œil nu. Compositions en fausse couleur : Affichage d'images avec des couleurs artificielles pour mieux différencier certains objets, en choisissant les bonnes bandes selon leur réflectance. Rapports de bandes : Application de calculs mathématiques (comme la division entre les valeurs de pixels dans différentes bandes) pour révéler des objets non visibles dans l'image initiale. Analyse en composantes principales (ACP) : Regroupement des données des différentes bandes spectrales en nouvelles composantes pour une meilleure discrimination et une image plus informative. Applications de la télédétection Applications marines : ❖ Étude de la température de surface de la mer, du niveau de la mer, de la salinité, des courants marins, et de la qualité de l'eau. ❖ Utilisation des satellites pour mesurer ces paramètres, comme la température de la mer via l'infrarouge thermique, la mesure du niveau de la mer avec des altimètres, et l'analyse de la qualité de l'eau avec des satellites comme le WorldView2. Applications terrestres : ▪ Végétation et forêts : Utilisation de la télédétection pour analyser la couverture végétale, la densité des forêts, et la déforestation. Les indices de végétation (comme NDVI) aident à surveiller la santé des plantes. ▪ Agriculture : Surveillance des cultures, estimation des récoltes, détection de sécheresses, et suivi des maladies des plantes. ▪ Surveillance urbaine : Suivi de l'expansion urbaine, de l'urbanisation, et des impacts environnementaux. ▪ Température de surface terrestre : Mesure de la température de la surface pour surveiller les changements climatiques et l’état de la végétation. ▪ Catastrophes naturelles : Gestion des catastrophes comme les incendies, inondations, et tremblements de terre, y compris la prévention, l'alerte et l’évaluation des dommages. Applications atmosphériques : Prévisions météorologiques Étude des gaz atmosphériques Qualité de l'air Surveillance des gaz à effet de serre et du changement climatique.