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télédétection

Couverture du globe terrestre par un satellite Spot
Couverture du globe terrestre par un satellite Spot

Technique d'acquisition à distance d'informations sur la surface terrestre, principalement fondée sur l'analyse d'images obtenues dans différentes gammes de longueurs d'onde à partir d'aéronefs ou de satellites.

La manière dont un point de la surface terrestre (voire de l'atmosphère) émet un rayonnement électromagnétique propre ou réfléchit les rayonnements du Soleil ou de radars dépend de certaines caractéristiques de la surface en ce point : température, degré d'humidité, végétation, roches, sols, etc. La télédétection consiste à enregistrer à distance ces rayonnements, émis ou réfléchis, et à en déduire un certain nombre de caractéristiques des points observés. Elle participe de l'imagerie scientifique.

Historique

L'observation de la Terre depuis le « ciel » ne date pas du lancement des premiers satellites. Dès 1840, F. Arago préconisait l'application de la photographie à l'établissement de cartes topographiques. En 1858, Nadar, premier aéronaute photographe, s'élève à 80 m en ballon au-dessus du Petit-Bicêtre (près de Paris) et réalise une vue considérée comme la première photographie aérienne de l'histoire. Très rapidement, de telles observations suscitèrent l'intérêt de tous et, notamment, des militaires : dès la Première Guerre mondiale, l'avion et la photographie donnèrent une nouvelle dimension aux opérations de reconnaissance. Pendant près d'un siècle, l'image chimique de la photographie sera le support de la télédétection. Le premier satellite est lancé en 1957. Les applications scientifiques et économiques de la télédétection commenceront à se développer au début des années 1970.

Techniques utilisées

La télédétection peut être effectuée depuis une plate-forme aérienne (ballon ou avion) ou bien depuis un satellite. Cette dernière solution, qui permet d'observer rapidement de vastes superficies, a d'abord été mise en œuvre par les États-Unis avec les satellites Landsat, dont le premier a été lancé en 1972. Plusieurs autres systèmes ont été mis en service depuis la seconde moitié des années 1980, en particulier le programme français Spot ou européen ERS. Les satellites de télédétection évoluent généralement à une altitude d'environ 800 km sur une orbite quasi polaire inclinée d'un angle voisin de 98° sur l'équateur. Une telle orbite, héliosynchrone, garde toujours la même orientation dans l'espace par rapport au Soleil : elle permet au satellite de survoler pratiquement tous les points de la Terre à la même heure locale, et ce à échéance régulière. La répétitivité des enregistrements rend possible l'observation en continu de phénomènes évolutifs.

Deux systèmes d'acquisition des images peuvent équiper les satellites de télédétection. L'un, dit passif, utilise divers caméras et scanners sensibles à une certaine gamme d'ondes électromagnétiques (de la lumière visible à l'infrarouge) renvoyées par les objets terrestres (végétation, roches, eaux) ou par l'atmosphère. L'autre système, dit actif, émet des ondes radar et dresse une image des structures terrestres ainsi « éclairées » à partir des signaux réfléchis par le sol ; son principal avantage est de « voir » de nuit comme de jour et par tous les temps.

L'imagerie multispectrale

La principale technique utilisée pour la télédétection spatiale est celle de l'imagerie multispectrale. Elle consiste à « photographier » la surface terrestre simultanément dans plusieurs gammes de longueurs d'onde, généralement dans les domaines du rayonnement visible ou du proche infrarouge. De cette manière, on détermine la « signature spectrale » des points de l'image, c'est-à-dire la manière dont varie la réflectivité de ces points en fonction de la longueur d'onde. L'analyse de ces signatures spectrales permet ensuite de déterminer, par exemple, la nature des roches ou de la végétation, etc. Les caméras multispectrales sont en général « à balayage » et n'utilisent pas une pellicule chimique, mais des détecteurs électroniques, pour enregistrer les rayonnements électromagnétiques. Les informations sont transmises par voie radioélectrique aux stations au sol. La résolution (dimension des plus fins détails visibles sur l'image), de plusieurs dizaines de mètres à l'origine (80 m pour les premiers satellites Landsat), est aujourd'hui de quelques mètres seulement. Une image standard couvre 100 à 150 km environ de large, et la totalité de la surface terrestre est, pour les satellites héliosynchrones, observée en 2 à 3 semaines.

La réception et le traitement des images

Grâce à ses antennes radiométriques, le satellite reçoit des instructions de repositionnement et transmet, vers la Terre, les données recueillies. En effet, toutes les ondes détectées sont traduites en impulsions électriques, mais la quantité de données ainsi enregistrées est telle qu'un réseau de stations au sol doit régulièrement les extraire de la mémoire du satellite. Après récupération et une fois corrigées, ces informations se présentent le plus souvent sous forme d'images en « fausses couleurs », sur lesquelles les différentes longueurs d'onde sont traduites par des teintes arbitraires.

Chaque type de surface, chaque objet, renvoie une série d'ondes qui le caractérise : c'est sa « signature spectrale ». Afin de relier les objets à leurs signatures spectrales, et donc d'étalonner les images pour pouvoir les analyser, des observations sur le terrain, effectuées lors de campagnes à terre ou en mer, sont indispensables.

Applications

Les données satellitaires ainsi corrigées ont de nombreuses applications tant scientifiques qu'économiques. Elles ont permis d'améliorer la cartographie et le positionnement des continents ou des îles les plus isolées. Ces images facilitent également l'étude géologique de vastes régions par la reconnaissance des failles majeures, la détection des plis de la couverture sédimentaire ou encore la réalisation de cartes géologiques de zones difficiles d'accès.

L'analyse des différents éléments des paysages (terres cultivées, terrains nus, forêts, zones inondées) guide la prévision des récoltes, aide au dépistage des maladies de la végétation, facilite la surveillance de la déforestation et de la désertification, aussi bien que celle de l'évolution des infrastructures des régions habitées ou de la banquise.

Les satellites Spot fournissent même des images stéréoscopiques, utilisées, entre autres, pour créer des modèles de terrain en trois dimensions sur lesquels on peut effectuer toutes sortes de simulations.

L'océan mondial, vaste, mouvant et impossible à appréhender dans son ensemble depuis la surface, est un autre domaine de choix pour la télédétection. Les satellites spécialisés dans l'observation de l'océan enregistrent la hauteur des vagues, la direction des vents et des courants, la production planctonique, la température de l'eau superficielle, etc., et aident à surveiller les vastes oscillations océaniques (El Niño) responsables d'altérations climatiques. Ces engins, pourvus d'altimètres d'une extrême précision (quelques centimètres), effectuent un relevé du relief océanique et nous informent sur les variations du niveau marin.

Grâce à l'ensemble de ces données, les chercheurs tentent d'appréhender le système Terre dans sa globalité et de modéliser au mieux l'impact des activités humaines sur la planète, et plus particulièrement sur le climat.

Enfin, les altérations des trajectoires des satellites sous l'effet des variations locales de la gravité fournissent des données sur la forme du géoïde terrestre. Elles permettent également de surveiller l'évolution des volcans et des zones à risque sismique, en suivant les modifications du terrain. → observation