La télédétection est la discipline scientifique qui regroupe l’ensemble des connaissances et des techniques utilisées pour l’observation, l’analyse, l’interprétation et la gestion de l’environnement à partir de mesures et d’images obtenues à l’aide de plates-formes aéroportées, spatiales, terrestres ou maritimes. Elle suppose l’acquisition d’information à distance, sans contact direct avec l’objet détecté. La télédétection est un ensemble de techniques se différenciant les unes des autres par le type de vecteur (avion, satellite ou navette spatiale), le mode d’acquisition (analogique ou numérique, actif ou passif), la résolution spatiale, la gamme spectrale utilisée et la surface observée.

Les données de télédétection correspondent à des mesures intégrées sur une échelle spatiale (pixel) de certains caractères de la surface (luminance, température apparente, coefficient de rétrodiffusion). Il s’agit donc d’un tout autre type de données qu’il convient de calibrer et de transformer en variables utiles pour les modèles : albédo, température de surface, biomasse, index divers, production primaire...).

Le principe d’utilisation de la télédétection en exploration géologique et géomorphologique est principalement fondé sur l’analyse du paysage dont les méthodes sont héritées de la photogéologie. En fonction des conditions d’affleurement de la ressource et de l’application recherchée, les réponses attendues de l’analyse des données des différents moyens sont de type : lithologique, minéralogique, structural, morphologique, géobotanique, global, ou concernent leur variabilité temporelle et leur synergie.

La reconnaissance des types de roches en télédétection peut être directe ou indirecte. Elle est directe quand les roches considérées affleurent en surface, sans qu’il y ait de couverture végétale ou de sols sur celles-ci. Dans ce cas, elle peut s’appuyer sur une analyse de l’interaction entre la roche et les ondes électromagnétiques porteuses de l’information télédétectée. Cependant, dans la plupart des cas, les roches ne sont pas directement visibles en surface, et leur reconnaissance doit s’appuyer sur des connaissances géologiques. On passe donc de l’identification à l’interprétation géologique.

Les techniques les plus utilisées à l’heure actuelle sont : 

- l’aérophotographie (1/60000 à 1/100000) ;

- la télédétection aérospatiale multibande visible, proche et moyen infrarouge, thermique

(TM 30*30 m, MSS 57*79 m, SPOT-XS 20*20 m, SPOT-P 10*10 m) ;

- la radargraphie aéroportée ou spatiale (20*20 m).

En exploration géologique, à des degrés divers et selon les conditions d’affleurement, par observation directe des phénomènes ou par interprétation des indicateurs de surface, texture, morphologie, occupation des sols, etc., on découvre sur les images des objets que seule l’expérience du photo-interprète permet d’assimiler à des objets géologiques :

- les faciès morpho-lithologiques ;

- les discontinuités dans les images, indicatrices de failles ;

- les éléments de la tectonique souple ;

- les structures circulaires...

Actuellement, la photo-interprétation des images optimisées par l’application de tous les traitements numériques, fondée sur leur sélection en mode interactif, et sa numérisation si nécessaire sont des voies privilégiées en télédétection géologique. La supériorité de la photo-interprétation est reconnue en géologie, car le plus souvent lithologie et tectonique ne sont pas lisibles directement à cause de la couverture pédologique et végétale. Alors que la forme numérique des données de télédétection est une des caractéristiques majeures de cette source d’information, on constate que, au-delà des traitements destinés à améliorer leur visualisation, leur structure originelle et privilégiée n’est pas optimisée.

La photo-interprétation des images est fondée sur trois descripteurs principaux :

- le spectre, qui détermine la teinte ou la couleur des objets, qu’elles soient visibles

directement ou artificiellement ;

- la morphologie accessible en deux ou trois dimensions. Il s’agit de la forme des objets et de

leur mode dominant, de leur type, de leur taille, de leur orientation, de leur répartition ;

- la texture définie par le mode d’arrangement des teintes, leur variabilité locale (homogénéité, granularité, mélange, contraste local, amplitude, densité locale).

L’analyse des caractéristiques d’acquisition des données de télédétection permet de définir les points sur lesquels cette technique apporte par sa complémentarité une amélioration des résultats obtenus par la seule mise en œuvre des moyens traditionnels (levés terrain, aérophotographie) ou des outils d’exploration (géophysique, géochimie).

Vision synoptique et répétitive de vision de la Terre, universalité d’acquisition (les problèmes météorologiques étant contournables avec les systèmes radar), caractère multibande et numérique de l’information, disponibilité d’une certaine gamme de résolutions spatiales sont à l’origine d’observations spécifiques que le géologue s’attache à décoder.

D’autre part, nous retiendrons quelques applications intéressantes en géomorphologie :

-reconstitution des environnements du passé

-amélioration de la sécurité humaine

-conservation et restauration du milieu

Le sol est un milieu hétérogène complexe. Il comprend une phase solide, formée d’éléments minéraux et organiques, une phase aqueuse et une phase gazeuse. La partie des minérale comprend des sables, des argiles et des limons, alors que la partie organique comprend l’humus et la matière organique non décomposée. La fraction colloïdale du sol se compose des argiles et des humus, souvent associés sous forme de complexes argilo-humiques qui commandent la structure du sol. La phase aqueuse comprend l’eau hygroscopique, l’eau capillaire (absorbable ou non) et l’eau de gravité. La phase gazeuse est formée de l’air interstitiel et de la vapeur d’eau.

La télédétection appliquée au sol doit donc tenir compte de toutes ces composantes et de leur interaction avec les rayonnements électromagnétiques. Pour les besoins de l’interprétation des données, les facteurs doivent être séparés en deux groupes :

- les facteurs à variations lentes dans le temps (texture, couleur, structure, groupe pédologique, composition minéralogique et chimique)

- les facteurs a variations rapides (teneur en eau, en air, température).

Pour l’identification des types de sols en vue de leur cartographie, on se sert des facteurs qui sont relativement stables dans le temps. Ces facteurs affectent la réflexion du rayonnement solaire dans le visible, le proche et le moyen infrarouge. L’identification des sols repose donc surtout sur l’étude des signatures spectrales, qui sont plus variées que celles des végétaux, en particulier entre 0.5 m m et 2.5 m m.

Pour la connaissance de la dynamique des facteurs variables, on se sert soit de l’interaction entre les facteurs et les ondes électromagnétiques, comme dans le domaine des hyperfréquences passives ou actives, soit de l’interaction des facteurs entre eux, par exemple l’interaction entre facteurs hydriques et facteurs thermiques.

Globalement, la réflectance des sols varie beaucoup en amplitude moyenne. En effet, il existe toute la gamme de situations entre les sols très clairs qui réfléchissent fortement le rayonnement solaire (sables, calcaires, gypses) et des sols très foncés qui absorbent la majorité du rayonnement (argiles, sols riches en matières organiques).

L’atlas Munsell des couleurs est très utilisé dans l’étude des sols, tant sur le plan de la caractérisation sur le terrain et de la cartographie, que dans l’étude de la pédogenèse et la classification des sols (Munsell Color Company, 1971). La colorimétrie étudie ces relations entre couleur et spectre de reflectance.

La première source de variation de la réflectance des sols est la présence de minéraux clairs (carbonates par exemple) ou au contraire de matières organiques absorbantes. La valeur moyenne de la réflectance (clarté) a également d’autres sources de variations : en règle générale, elle décroît avec la rugosité et l’humidité. Ce n’est donc un critère suffisant pour déterminer si un sol est organique ou calcaire que dans les cas extrêmes. L a forme du spectre est un critère supplémentaire intéressant : généralement, les sols organiques ont une courbe concave, alors que les autres ont une courbe convexe.

L’application de la télédétection à l’étude des sols a trois buts principaux :

- une identification des types de sols en vue de leur cartographie ;

- une connaissance de la dynamique des facteurs à variation rapide comme l’humidité ;

- une évaluation du niveau de dégradation en vue de la conservation de la ressource-sol.

La télédétection appliquée aux sols est un outil d’identification, de diagnostic et de modélisation quand elle est combinée avec les systèmes d’information géographique. Elle permet de définir un certain nombre d’indicateurs de la nature et de l’état de dégradation des sols dans un contexte géographique donné. Elle ne remplace pas une bonne connaissance du terrain, mais elle permet de la compléter et de l’interpoler entre les points d’observation détaillés. La combinaison facile entre les données de télédétection et les systèmes d’information permet de concevoir des scénarios d’évolution en fonction d’aménagements proposés. Elle devient donc une composante importante d’un système informatisé d’aide à la décision en gestion et en aménagement du milieu.

Depuis le début de l’observation de la Terre par les satellites, l’atmosphère et le climat ont constitué une des préoccupations majeures des chercheurs et des utilisateurs, à plusieurs titres :

- d’une part, l’atmosphère a toujours constitué une source de bruit pour les données d’observation de la surface terrestre et maritime, exigeant de la part des utilisateurs l’application de méthodes de correction appropriées ;

- d’autre part, l’information contenue dans les images d’observation de la Terre a permis de déduire une série d’informations sur la composition même de cette atmosphère, en terme de gaz, de températures ou de polluants éventuels ;

- enfin, l’aptitude des satellites pour la mesure de paramètres de surface ayant une signification climatique comme l’albédo et la température en fait un outil de premier plan pour l’observation du climat et de ses changements à plusieurs échelles.

Pour la prévision météorologique à court terme, le satellite européen Météosat, à 36500 km de la Terre (orbite géostationnaire) et à la longitude 0 utilise :

- la bande visible et proche infrarouge thermique (0.4 à 1.1 m m) pour la mesure de l’albédo ;

- la bande infrarouge thermique (10.5 à 12.5 m m) pour la mesure des températures de surface ;

- la bande de vapeur d’eau (5.8 à 7.3 m m).

Pour prévoir les précipitations, ce même satellite utilise :

- la bande visible pour déterminer la disposition des masses nuageuses durant la journée et pour l’observation des changements d’albédo de la surface ;

- la bande infrarouge thermique pour localiser les nuages les plus épais, donc les plus froids (orages majeurs ou zones de fronts) ;

- la bande de vapeur d’eau pour la compréhension de l’atmosphère. (rayonnement émis fonction de la quantité de vapeur d’eau).

Pour l’identification des nappes de brouillard, le capteur AVHRR de NOAA en bande 3 permet de différencier :

- l’émissivité à 3.7 m m entre le brouillard et les nuages ;

- la neige des nuages

Pour le tracé des profils de température de l’air et pour la détermination de la composition de l’atmosphère, on utilise les sondeurs TOVS et ATOVS (canal de vapeur d’eau) de NOAA en orbite polaire .

En climatologie, pour la mesure des températures de surface, les acquisitions doivent être corrigées des effets de l’atmosphère, ce qui est le cas pour :

- les données AVHRR de NOAA (méthode split window) ;

- les images thermiques TM 6 de Landsat (méthodes de correction s’appuyant sur des points de contrôle au sol et sur des modèles de transmission atmosphérique) ;

- les images thermiques du capteur ATSR de ERS-1 ;

- les données thermiques HCMM (méthodes de correction adéquates s’appuyant sur des informations connexes).

L’application des données de télédétection à la météorologie et à la climatologie a pris un essor de plus en plus important au cours des dernières années. Bien que les progrès apportés par les satellites d’observation de la Terre aient été plus marqués en climatologie qu’en météorologie à court terme, il serait déjà impossible de concevoir une météorologie qui n’aurait pas recours aux données satellitaires. L’évolution des conditions climatiques de notre planète est au cœur des préoccupations environnementales, qu’elles soit perçue comme une cause ou comme une conséquence de la modification des activités humaines.

L’hydrologie se définit comme toute action, étude ou recherche, qui se rapporte à l’eau et à leurs applications. Le but opérationnel de l’hydrologie est de :

- comprendre les mécanismes des écoulements et les transferts de l’eau du point où la goutte d’eau tombe sur la surface du sol jusqu'à l’exutoire du bassin versant ;

- fournir des informations primordiales pour l’aménagement de la rivière et du territoire ;

- protéger les populations et les biens contre les risques d’inondation ou de sécheresse ;

- gérer le potentiel des ressources en eau.

Une description de l’espace géographique concerné, la connaissance des mécanismes d’écoulement de l’eau et la nature des modèles de simulation constituent la base des sciences hydrologiques. Les informations susceptibles d’être fournies par l’imagerie satellitaire sont de deux ordres :

- les informations générales, descriptives du bassin versant ou de l’espace hydrologique, qui servent à comprendre le contexte ;

- les informations directement requises pour la mise en œuvre d’un modèle explicatif ou de simulation du comportement hydrologique.

En somme, il s’agit de déterminer les informations suivantes : le relief, l’état de surface (occupation du sol, rugosité), le réseau hydrographique, la nature des sols pour le calcul des infiltrations, l’état d’humectation des sols.

Dans le domaine du visible et du proche infrarouge :

- l’occupation du sol permet de déterminer les classes d’occupation végétale du sol et les modèles de simulation d’écoulement de surface ;

- l’évolution de l’indice de végétation permet d’apporter une information sur le paramètre de l’humidité antécédente ;

- l’estimation de la couverture neigeuse permet d’estimer les crues ;

- la cartographie des plans d’eau permet leurs inventaires et leurs cubatures.

- la réalisation de modèles de simulation (par MNT) et l’évaluation de zones inondables permet la prévention ;

- l’atténuation du signal radiométrique (fonction de la longueur d’onde et de la turbidité) permet d’évaluer la qualité des eaux.

Dans le domaine de l’infrarouge thermique, l’extraction des paramètres température, évapotranspiration réelle permettent d’évaluer l’interaction atmosphère-hydrosphère.

Dans le domaine des hyperfréquences, le radar a rendu possible l’étude des zones tropicales (inaccessibles aux capteurs optiques tant la couverture nuageuse est important). Le signal- radar est porteur d’informations de l’humidité des sols dans les premiers centimètres du sol.

Au-delà de l’exploitation directe pour le fonctionnement des modèles de simulation, l’imagerie spatiale apporte une vision synthétique du bassin versant, notamment par la nature de l’occupation du sol qui, associé au relief, constitue la base sur laquelle s’appuie l’hydrologue pour ses analyses. Celui-ci dispose ainsi d’un moyen de juger rapidement les caractéristiques dominantes du bassin versant et est en mesure d’estimer de manière plus serrée les paramètres d’ajustement de son modèle.

Pour l’heure, le recours à l’imagerie spatiale par les hydrologues est encore modeste mais des changements pourraient apparaître lorsque les institutions publiques auront mis en place des Systèmes d’Information Géographique tant pour la gestion des ressources en eau que pour les aménagements régionaux. Les hydrologues puiseront alors dans une base commune sans supporter seuls les coûts d’acquisition et de traitement des informations d’origine satellitaire.

La végétation herbacée terrestre fait l’objet de plusieurs types d’utilisation. Ces types peuvent se répartir de la façon suivante :

- utilisation pour la production d’herbe et de fourrage, nécessaires à l’alimentation du bétail

(de façon intensive et extensive) ;

- utilisation à titre de conservation des milieux (périmètre de protection des bassins versants

pour le captage d’eau potable, conservatoires biologiques d’espèces animales ou

végétales, zones de protection contre l’érosion) ;

- utilisation comme valeur d’usage (dans un but esthétique, pour une vocation touristique).

L’aménagement et la gestion de ces végétations herbacées et les conditions d’utilisation de la télédétection seront donc très différents. Cependant, les informations habituellement recherchées par les gestionnaires et décideurs seront :

- une identification des groupements végétaux ;

- une évaluation de la surface ;

- une appréciation de la qualité de la phytomasse produite (qualité de l’herbe pâturée ou du fourrage récolté

fonction des espèces les plus abondantes et de leurs stades phénologiques au moment de l’exploitation);

- une évaluation de la quantité (quantité de biomasse produite en relation directe avec l’indice de surface foliaire,

DN, NDVI) ;

- une aide à la prévision de l’évolution dynamique des groupements végétaux et, en particulier, aux conséquences de tel ou tel usage par l’homme, de telle ou telle pratique agricole.

Le choix des données de télédétection se fera :

- en fonction de la surface du territoire à couvrir ;

- en fonction des phénomènes à détecter ;

- en fonction du niveau de précision attendu.

Essais associations végétation-sol-substrat

Des groupements végétaux seront identifiables par télédétection s’ils présentent, à une date donnée, un comportement spectral particulier, permettant de les séparer d’autres groupements. Ce comportement spectral sera sous la dépendance des stades phénologiques et des états physiologiques des espèces les plus abondantes dans le groupement. Pour des prairies permanentes, on observera des variations de la réflectance à 550 (vert), 675 (rouge) et 900 nm (proche IR) en fonction des stades phénologiques des espèces et de la densité du couvert. Néanmoins, pour identifier des groupements prairiaux par télédétection, il est indispensable de connaître préalablement les groupements végétaux existant dans la région (à partir de relevés botaniques et d’observations de terrain) et de déterminer les dates auxquelles ces groupements pourront se différencier par des comportements spectraux particuliers (connaissance des espèces les plus abondantes, de leurs stades phénologiques et de la façon dont la réflectance sera affectée ce qui suppose éventuellement des campagnes de radiométrie de terrain et connaissance du calendrier agricole et des principaux modes d’exploitation).

Le choix des bandes spectrales dépendent des variations fines entre divers niveaux d’activité chlorophyllienne ou de teneurs en eau. Ces variations nécessiteront des données spectralement détaillées (données multispectrales satellitaires avec choix des bandes les plus sensibles : rouge, proche infrarouge, infrarouge moyen réflectif, données photographiques en infrarouge couleur). Une simple séparation entre présence ou non de végétation chlorophyllienne pourra s’accommoder de données spectralement grossières panchromatique ou proche infrarouge).

Le choix des dates d’acquisition correspondant à un stade phénologique important à détecter, pourra primer dans le choix des données de télédétection en matière de résolution géométrique du capteur et en matière de diversité des bandes spectrales. En l’absence d’une connaissance précise de comportement radiométrique des groupements végétaux étudiés, le choix des dates se fera en fonction des périodes durant lesquelles ces groupements ont les physionomies les plus différentes possible.

La limitation d’emploi des données non photographiques provient de la dimension du pixel. On ne peut espérer détecter des unités dont la dimension est inférieure à celle du pixel. De plus, il faut considérer que la définition de classes à partir de zones-tests n’est efficace que si ces dernières ont des dimensions de l’ordre de 30 pixels avec un contenu suffisamment homogène. Si ce n’est pas le cas, comme dans les groupements en mosaïque, on a intérêt à changer de données pour des pixels de plus grande dimension, de façon à atténuer, dans la mesure du possible, l’hétérogénéité, compte tenue de la perte de résolution géométrique.

Les données des HRV de Spot ou TM de Landsat, les données AVHRR de NOAA donnent des informations intéressantes car :

- leur pixel plus grossier permet une caractérisation des principaux types de végétation ;

- la plus grande répétitivité des données (acquisition toutes les 12 heures) permet un meilleur suivi des comportements spectraux ;

- l’utilisation de données dans l’infrarouge thermique (3.55-3.95 µm, 10.5-11.5 µm) apporte une information complémentaire sur l’évolution des principaux stades phénologiques.

En dehors de la classification automatique des données non photographiques, il est possible de réaliser une interprétation visuelle de ces données après un traitement simple comme la composition colorée de plusieurs canaux. Cette méthode est certainement la plus simple.

Compte tenu de l’impact important des activités humaines sur l’environnement, tout abandon, toute modification ou tout changement de celles-ci se traduira, notamment, par des changements dans les groupements ou formations végétales. Si l’on admet que les végétaux sont de bons intégrateurs des conditions du milieu, on peut envisager d’utiliser les groupements comme indicateurs d’états et de changements. De plus, les formations herbacées non climaciques ne correspondant pas à un stade d’équilibre, elles pourront présenter des dynamiques très variées. Nous envisagerons successivement plusieurs situations correspondant à des dynamiques progressives ou régressives de groupements herbacées.

La télédétection, par sa vision globale, systémique et diachronique, permet d’apporter quelques réponses objectives à ces grandes questions qui touchent les ressources forestières et leur évolution : où, comment, combien ? La télédétection permet de contribuer à la cartographie et à l’évaluation des ressources forestières à plusieurs échelles (coupes et régénération) et permet d’observer et de mesurer les perturbations qui affectent le milieu forestier (déplacement des limites forestières, feux, maladies). D’autre part, la télédétection et les systèmes d’information géographique permettent de prévoir et de modéliser les changements qui affectent la forêt.

Le premier objectif est de comprendre les rythmes biologiques des principaux biomes tropicaux à partir des séries temporelles d’images AVHRR de NOAA en suivant la dynamique saisonnière des formations végétales qui composent la limite entre la forêt dense et les différents types de savanes en Afrique de l’Ouest. La compréhension des rythmes biologiques des principaux types forestiers est une nécessité afin de mieux interpréter leur réponse spectrale à une date donnée et d’optimiser le choix de la période pour cartographier des forêts. Le second objectif est de délimiter les surfaces forestières sur des images à faible résolution spatiale (approche globale) pour réaliser une cartographie des surfaces forestières à une échelle globale correspondant au problème général d’inventaire des ressources forestières dans les régions tropicales. Le troisième objectif est la détection des zones affectés par la déforestation, la savanisation intertropicale et les différents processus de désertification qui sont vraisemblablement des transformations interdépendantes.

Les moyens utilisés seront les données AVHRR de NOAA dans une approche multi-résolution par combinaison de bandes VIS / PIR et des températures de surface pour assurer un suivi des transformations qui affectent la biosphère. Pour des raisons techniques et financières, il faut avoir recours à des données de type AVHRR, celles de HRV de Spot et de TM de Landsat étant moins adaptées à la connaissance des phénomènes sur de grandes surfaces et étant plus affectées par les nuages à cause de leur fréquence d’acquisition plus faible. En fait, il est possible de combiner l’utilisation de ces deux types de données satellitaires : des séries d’images multitemporelles AVHRR-HRPT (High Resolution Picture Transmission) à 1 km de résolution et AVHRR-GAC (Global Area Coverage) à 4 km de résolution sont combinées avec des images à haute résolution spatiale HRV ou TM qui servent pour la calibration et la validation sur des sites-tests.

L’intérêt des bandes rouge et proche infrarouge présentes sur les instruments AVHRR, HRV et TM réside dans l’absorption de la première par les pigments chlorophylliens et les carotènes et dans la sensibilité de la seconde à la structure mésophylle des feuilles. Dans la partie du spectre électromagnétique située entre 0.5 et 0.7 µm, la végétation verte absorbe fortement le rayonnement, alors qu’entre 0.7 et 1.1 µm les épidermes foliaires ont l’effet inverse de réflexion. Les rapports entre ces deux canaux sont, théoriquement, corrélés à la part du rayonnement photosynthétiquement actif absorbé (RPAA) par le couvert végétal. Le plus utilisé de ces rapports est l’indice de végétation normalisé (NDVI) souvent combiné à la température de surface (TS).

L’apport des images-radar (RAS) permet aujourd’hui de distinguer clairement la forêt des autres types d’utilisation du sol, de distinguer les feuillus des conifères et leur identification avec les trois bandes C, X et L.

La télédétection des forêts est très variée, et en plein essor. Elle est l’une des justifications premières de tous les programmes spatiaux d’observation de la Terre. Le milieu forestier est un milieu qui a sa dynamique propre et qui constitue souvent une valeur symbolique de la nature. Par sa complexité, son rôle de premier plan dans la biodiversité planétaire et son caractère encore mystérieux, la forêt représente pour nos sociétés et pour la planète un défi de premier ordre, à connaître, à soigner et à comprendre. Elle représente aussi une ressource économique de premier plan pour un grand nombre de pays dans le monde, qui ont de plus en plus conscience de sa fragilité.

Le développement des outils de télédétection appliqués à la forêt est donc appelé à se poursuivre rapidement au cours des prochaines années et il constituera pour ses utilisateurs un défi permanent d’adaptation et de renouvellement méthodologique. Les principaux progrès se situeront sans doute dans le domaine du radar et des spectromètres imageurs.

Avec toutes les questions qui se posent sur l’évolution des ressources forestières sous l’effet des pressions anthropiques et des modélisations du climat, la communauté scientifique cherche à bâtir des scénarios d’évolution des ressources forestières. La combinaison de niveaux différents d’observation et d’analyse du paysage est rendue possible par les S.I.G qui permettent de spatialiser à l’échelle d’un territoire donné une série de modèles d’évolution ou de dynamique de la biomasse.

L’approche utilisée pour l’étude de l’impact climatique sur la forêt boréale repose sur le concept d’un système d’analyse intégré de modélisation environnementale, basée sur un S.I.G permettant :

- d’incorporer des données multisources (du sol au satellite) ;

- d’intégrer spatialement les structures théoriques (modèles) et les mesures ou informations ponctuelles (climat ou paramètre forestiers...) aux données obtenues à l’échelle régionale (pédo-paysages, image-satellite) ;

- de créer une interface entre les modèles écologiques et les modèles de développement.

Les observations spatiales ou aéroportées, sauf rares exceptions, sont limitées à la couche située près de la surface. Seule l’utilisation de méthodes actives utilisant des lasers dans les longueurs d’onde du visible permet de pénétrer un peu plus profondément dans la colonne d’eau (environ 20 m de profondeur). Toutefois, par comparaison avec leur profondeur moyenne (environ 3790 m), il ne s’agit encore là que de l’épiderme des océans. Cette couche de surface est cependant la partie la plus importante des océans puisque c’est dans cette couche que se déroulent tous les échanges d’énergie avec l’atmosphère qui génèrent par la suite les processus internes aux océans (courants, mélange, vagues). L’observation de cette portion de l’océan est donc très importante pour la compréhension des phénomènes dynamiques propres au milieu marin.

L’étude des océans est aussi destinée à l’évaluation des points suivants :

- la circulation océanique globale (par mesure de la salinité et des températures à diverses profondeurs) ;

- la topographie de la surface océanique (par mesure du temps d’émission-réception du signal-radar) ;

- la houle (par mesure du signal-radar) ;

- la glace marine (par mesure en hyperfréquence passives pour l’évaluation de la température de brillance d’une surface qui permet la discrimination des glaces, par mesure en hyperfréquence actives pour la détermination des flots et de la navigation à travers les glaces).

De nombreuses approches peuvent être utilisées afin d’observer les océans par télédétection, ce qui se reflète dans la variété des capteurs disponibles. Diverses portions du spectre électromagnétique peuvent ainsi être utilisées à diverses fins. Les observations dans le visible permettent par exemple de détecter les changements de couleur de l’océan qui peuvent être reliés à la concentration de chlorophylle, d’algues toxiques ou de sédiments en suspension. Les mesures dans l’infrarouge thermique (8 à 14 µm) permettent de mesurer la température de surface des océans. Grâce à cette information, on peut détecter des processus dynamiques tels que les courants côtiers et leurs phénomènes associés (tourbillons), les ondes côtières et les régions frontales. Les hyperfréquences (1 à 100 GHz) permettent d’observer des phénomènes aussi variés que les glaces marines, la houle océanique, les vents de surface, la salinité et la température de l’eau de mer, les ondes internes et la bathymétrie. Une application particulière des hyperfréquences est l’altimétrie, qui permet de mesurer la variabilité de phénomènes à méso (50 à 500 km) et petite échelle (>500 km), comme les grands courants côtiers et le El Niñ o.

La mesure de la température de la surface de la mer est probablement l’activité de télédétection la plus couramment utilisée en océanographie puisqu’il s’agit d’une des deux propriétés physiques de base qui contribuent à caractériser les masses d’eau, la seconde étant la salinité. La température de surface de l’eau peut être obtenue dans deux régions du spectre électromagnétique : l’infrarouge thermique et les hyperfréquences.

Dans l’infrarouge thermique, les images des satellites de la série NOAA-TIROS sont les plus utilisées. Les atouts principaux du capteur AVHRR de NOAA sont sa haute résolution temporelle, sa résolution spatiale (1.1 km), le faible coût de ses données et enfin la facilité d’utilisation de ses images. Le capteur TM du satellite Landsat-5 possède également une bande spectrale thermique dont la résolution spatiale est de 120 m. Les images obtenues à cette résolution sont utilisées pour les études plus détaillées en milieu côtier.

Dans le domaine des hyperfréquences, le premier capteur d’intérêt pour l’observation de la température de la surface de la mer fut le SMMR placé à bord de NIMBUS-7 et de Seasat.

L’avantage principale de l’utilisation des hyperfréquences consiste en la possibilité d’observer la surface de la mer en tout temps. Le traitement de l’information est toutefois plus difficile dans cette région du spectre à cause du nombre important de variables et de sources de bruit qui ont un impact sur le signal mesuré.

L’utilisation des outils de télédétection dans les domaines précédents n’est considérée opérationnelle que pour certaines applications comme la production de cartes de température de surface et l’observation des glaces marines. Les travaux de recherche montrent toutefois bien l’utilité potentielle d’autres outils de télédétection, par exemple dans le domaine de la prévision de la houle. Des progrès sont cependant encore nécessaires dans tous les champs d’application afin d’améliorer la précision et la stabilité des estimations et pour élaborer des algorithmes d’extraction d’information plus efficaces.

Les types d’occupation du sol sont classés en quatre niveaux qui dépendent de la résolution spatiale du capteur. Cette classification est couramment utilisée. D’autre part, l’application de méthodes de filtrage spatial montre qu’il est possible de discriminer des classes de densité du bâti à partir de données du Thematic Mapper de Landsat. L’utilisation combinée de la stéréoscopie et de rééchantillonnages multispectraux sur Spot a aussi permis de préciser un certain nombre d’affectations du sol. De même, la perspective diachronique appliquée au changement urbain met en évidence la localisation des chantiers urbains. Et cela sans parler des méthodes texturales utilisant l’autocorrélation spatiale ou les filtres de variances pour analyser les espaces transitionnels intra-urbains. Enfin, l’outil satellitaire possède une résolution plus adaptée aux espaces périurbains où les parcelles sont plus vastes, les constructions moins enchevêtrées.

L’observation de la résolution spectrale des satellites peut apporter quelque précision à la définition du rôle que ceux-ci peuvent jouer dans un contexte urbain. Le problème de la réflectance des objets urbains et de la distribution spectrale des capteurs ne peut encore à l’heure actuelle être séparé de celui de la résolution spatiale. En effet, la taille moyenne des objets urbains par rapport à celle du pixel satellitaire issu de l’échantillonnage à grande résolution spatiale (20 ou 30 m en multispectrale) a pour effet de multiplier le nombre de pixels mixtes. A cette égard M.-L. de Keermaecker note même qu’il est plus aisé de mesurer des densités de bâti sur pixels MSS de Landsat que de réaliser cette mesure sur TM ou HRV de Spot ; la taille de 80 m du pixel MSS s’accorde, en effet, mieux avec celle de l’îlot urbain en Europe et la variabilité spectrale liée à la position aléatoire des lignes de balayage en est en quelque sorte amortie.

Sur le plan de la réponse spectrale de ces objets urbains eux-mêmes, c’est-à-dire essentiellement des toitures et des surfaces revêtues des infrastructures urbaines dans les pays industrialisés, il faut noter quelques observations essentielles :

- la réflectance spectrale des zones d’habitat dense s’accorde souvent mal avec la répartition des intervalles de sensibilité des capteurs ;

- la variabilité de la signature spectrale s’enrichit de l’utilisation de capteurs multispectraux et confère donc à la classification une discrimination accrue, alors que la résolution spatiale plus grande du TM par rapport au MSS de Landsat tendrait au contraire à réduire la précision de cette classification (hétérogénéité des classes) ;

- dans les villes des pays tropicaux, où la croissance urbaine se manifeste par des vagues d’autoconstruction périphérique, la complexité de la réflectance dépend des paramètres d’hétérogénéité des matériaux de toiture, de surface du bâti par rapport aux parcelles, d’importance de la couverture arborée des parcelles et des rues ;

- La réflectance dans les villes est fortement influencée par l’élévation solaire (à une faible hauteur solaire correspond une luminance moins que proportionnelle à la réflectance de la surface ;

- les surfaces réfléchissantes voisines influencent les signaux provenant d’un objet urbain (combinaison de la réponse de la cible et des pixels environnants).

La diversité des réflectances spectrales interdit une approche purement radiométrique de la discrimination des surfaces. Une approche texturale doit donc étayer l’analyse spectrale. Celle-là n’est possible que si la résolution spatiale est suffisante pour maximiser la variance spectrale en fonction de la densité du recouvrement des différents modes d’occupation du sol. A ce propos, l’utilisation des diverses polarisations (parallèle et croisée en bandes X et L) du radar apparaît plus comme un complément utile des données optiques que comme un moyen autonome d’obtenir un document interprétable en zone urbaine (influence de certaines structures d’occupation du sol urbain, évolution de l’albédo des surfaces.

Au total, la résolution spatiale des satellites actuellement en service est peu adaptée à une analyse détaillée des villes et ne peut concurrencer dans ce domaine celle des photographies aériennes, qui à grande échelle, atteint quelques dizaines de cm.

Bien que l’échelle soit le facteur le plus important de la démarche méthodologique en milieu urbain, le choix des canaux spectraux appropriés doit être pris en considération car il lui est souvent lié. Il est néanmoins illusoire de penser qu’une cartographie topographique urbaine est possible à partir des satellites en service. Par conséquent, une banque d’informations utilisant des données vectorielles issues d’une photogrammétrie identifiant les surfaces par un contour entrera en conflit avec une classification matricielle à 10 m de résolution.

Une cartographie minimum de 5 m en résolution spatiale serait nécessaire.

Les changements globaux concernent la physionomie de la surface, la constitution de l’atmosphère globale, le climat et les ressources globales.

Les études climatiques sont fondées sur des modèles de circulation générale (MCG), qu’il s’agisse de prédictions, d’étude d’impact ou encore d’études de sensibilité aux divers paramètres des modèles. Pour pouvoir valider la paramétrisation des MCG et leurs prédictions et pour obtenir un ensemble de conditions initiales, réalistes, il y a lieu de disposer de données fiables et cohérentes à l’échelle des MCG sur l’ensemble du globe. L’expérience montre que seuls les satellites sont en mesure de fournir un tel ensemble de données en ce qu’ils permettent :

• une couverture spatiale adéquate sur tout le globe avec une maille très adaptée (de 0.01 à 10 km) ;
• une couverture temporelle satisfaisante permettant une réceptivité à la mesure pouvant aller d’une demi-heure à six heures ;
• une acquisition continue d’un ensemble de données cohérentes et comparables entre elles et cela sur de longues périodes.

Le suivi de l’évolution de la composition et de l’état de l’atmosphère nécessite la connaissance de plusieurs paramètres (profil de température, concentration de constituants de l’atmosphère, etc...) ; cette connaissance est obtenue au moyen de certains satellites et instruments de sondage.

Les études de la dynamique du milieu physique (état de surface) et des bilans énergétiques et radiatifs à l’interface sol-atmosphère sont basées sur la connaissance de paramètres de surface (albédo, température de surface, flux divers, humidité, évapotranspiration), à l’échelle de la planète. Ces mesures sont envisageables par satellite. Malheureusement, ces paramètres ne sont pas encore tous mesurables de façon directe et de nombreux problèmes existent encore pour les obtenir de façon suffisamment précise et fiable à partir des quantités effectivement mesurées.

Paramètres significatifs des changements

Les instruments embarqués mesurent des luminances (dans le visible et l’infrarouge) du sommet de l’atmosphère ; ces luminances sont intégrées dans l’angle solide instantané d’analyse du radiomètre et intégrées sur les bandes spectrales définies par le système séparateur du radiomètre et intégrées sur les bandes spectrales définies par le système séparateur du radiomètre. Les caractéristiques spectrales et thermiques déduites de ces mesures sont ainsi représentatives de grands ensembles.

Les données archivées concernent les profils de températures, la quantité d’eau précipitable pour trois couches atmosphériques (surface 700mb ; 700mb - 500mb ; 500mb - 300mb), la tropopause (niveau de température), la nébulosité et la hauteur des nuages, et les estimations de quantité totale d’ozone. La résolution nominale de ces produits est de 250 km ; on obtient ces derniers par les satellites en orbite polaire de la NOAA depuis 1979.

L’albédo planétaire et le rayonnement de grandes longueurs d’onde émis sont régulièrement estimés grâce aux mesures satellitaires depuis 1984. Les données archivées sont des valeurs journalières et des moyennes mensuelles avec des résolutions spatiales qui varient de 100 km à 200 km aux pôles.

Les mesures de rayonnement dans le visible permettent de déterminer l’épaisseur optique des aérosols dans la colonne atmosphérique. Des cartes contours hebdomadaires se font depuis 1987.

Le programme Topex-Poséidon est destiné actuellement à la mesure précise et répétitive du niveau des océans, à la cartographie des courants marins ainsi qu’au suivi de leurs effets sur les changements climatiques globaux. Les mesures altimétriques (radar) permettent encore d’étudier les marées, les vagues, la géophysique et les vents marins.

Le programme Polder (polarimètre imageur spatial) est destiné à l’observation du bilan radiatif de la Terre et la structure thermodynamique de l’atmosphère, à estimer l’impact radiatif des aérosols et des nuages , à améliorer les modèles mathématiques de simulation du climat.

La faiblesse de la télédétection est de ne pas être pour le cas le plus fréquent une grandeur physique d’intérêt immédiat car le signal reçu de la surface est extrêmement complexe. Réflectance, émissivité, température de surface, inertie thermique, constante diélectrique, etc., ont une origine difficile à décoder de façon rigoureuse. D’autre part l’analyse d’images n’est qu’une opération d’extraction d’information, que si cette dernière existe.