1- Généralités

Introduction à la télédétection
1- Généralités
OLIVIER
DE
JOINVILLE
Table des matières
Table des matières
3
I - Définitions
5
A. Qu'est-ce-que la télédétection ?..........................................................5
II - Historique
7
A. Images aériennes, films photographiques.............................................7
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Premiers clichés...................................................................................7
Pigeons voyageurs...............................................................................9
Cerfs-volants.....................................................................................10
A l'IGN.............................................................................................12
Les drones........................................................................................14
Le numérique....................................................................................14
Comparaison images scannées – images numériques.............................15
B. Images spatiales.............................................................................16
1. Images analogiques...........................................................................16
2. Images numériques...........................................................................18
3. Comparaison d'images numériques aérien et satellitaire..........................18
III - Les différents types de rayonnements
21
A. Les différents types de rayonnements................................................21
IV - Applications en imagerie spatiale
25
A. Applications en imagerie spatiale.......................................................25
1. Agriculture........................................................................................25
2. Aménagement du territoire.................................................................25
3. Applications maritimes........................................................................26
4. Archéologie.......................................................................................26
5. Cartographie 2D ou 3D.......................................................................27
6. Défense............................................................................................28
7. Glaciologie........................................................................................28
8. Études urbaines.................................................................................30
9. Géologie - Vulcanologie......................................................................30
10. Gestion des forêts............................................................................32
11. Gestion des ressources en eau...........................................................32
12. Météorologie...................................................................................33
13. Océanographie - Hydrographie...........................................................34
14. Risques naturels et industriels...........................................................35
15. Télécommunications.........................................................................36
3
I -
Définitions
I
Qu'est-ce-que la télédétection ?
5
A. Qu'est-ce-que la télédétection ?
Définition : Définition (généraliste)
C'est l'ensemble des connaissances et techniques utilisées pour déterminer des
caractéristiques physiques et biologiques d'objets par des mesures effectuées à
distance, sans contact matériel avec ceux-ci (JO du 11 décembre 1980).
Définition : Définition plus appliquée
C'est l'ensemble des connaissances et techniques nécessaires pour interpréter
divers « objets » par leurs comportements spectraux et leurs distributions spatiales
à l'aide de mesures spécifiques effectuées à distance.
Définition : Principe de base
Image 1 : Schéma expliquant le principe de la télédétection passive
La source d'énergie est l'élément qui "éclaire" la cible en émettant une onde
électromagnétique (flux de photons).
La cible est la portion de la surface terrestre observée par le vecteur.
5
Définitions
Le vecteur ou plate-forme de télédétection mesure l'énergie solaire (rayonnement
électromagnétique) réfléchie par la cible. Cela peut être un satellite, un avion , un
drône, un hélicoptère, un ULM, un cerf-volant.
2 types de télédétection :


6
active : le vecteur émet une onde vers la cible et en mesure l'écho ;
passive : le vecteur ne fait que capter le rayonnement réfléchi.
II -
Historique
II
Images aériennes, films photographiques
Images spatiales
7
16
La télédétection existe depuis toujours : notre outil de télédétection est l'oeil...
mais ce dernier est limité par 3 facteurs :



son spectre (l'oeil ne voit que dans le visible) ;
la distance d'observation (l'oeil n'est pas capable de voir une voiture à 800
km de distance) ;
son angle d'ouverture.
A. Images aériennes, films photographiques
1. Premiers clichés
A partir :

de ballons
7
Historique
Image 2 : Vue aérienne de Paris en 1858
La première photographie aérienne date de 1858, elle est l'oeuvre du photographe
et aéropostier Félix Nadar qui a pris un cliché de Paris depuis un ballon captif
appelé Le Géant.

d'avions (dès la Première Guerre mondiale)
Image 3 : Appareil photo monté sur un avion de reconnaissance au début du 20e
siècle
1er cliché photogrammétrique en 1925.
8
Historique
Image 4 : Cliché aérien annoté pris pendant la première guerre mondiale
2. Pigeons voyageurs
Image 5 : Pigeons voyageurs équipés d'appareil photo
9
Historique
Ils sont équipés de minuscules caméras de 70 g conçues par le photographe
allemand Julius Neubronner. Ces appareils sont munis d'une minuterie automatique
qui permet de prendre une photo toutes les 30 secondes pendant le vol des
pigeons. Les pigeons étaient-ils disciplinés et revenaient-ils toujours au bon
endroit? C'est une autre affaire...
3. Cerfs-volants
Image 6 : Concept de prise de vue par les cerfs-volants à la fin du 19e siècle
En 1888, c'est la première photographie sous cerf-volant par Arthur Batut. Émile
Wenz perfectionne le système trop tributaire des mouvements du cerf-volant. De
nombreux systèmes apparaissent : déclenchement par fil, chariot pour monter la
nacelle photo, etc.
Les cerf-volants sont encore fréquemment utilisés de nos jours pour des prises de
vue touristiques ou opérationnelles.
10
Historique
Image 7 : Ville de Saint-Malo photographiée par un cerf-volant
Image 8 : Essai de cerf-volant au Soudan
4. A l'IGN
L'IGN dispose de 4 avions Beechcraft pour faire des photos aériennes de la France
et des DOM-TOM et parfois certains pays étrangers pour des missions ponctuelles.
Image 9 : Avion de l'IGN (Beechkraft) sur la base aérienne de Creil, service des
activités aériennes
11
Historique
Image 10 : Equipement à bord (caméra argentique)
Les photos sont prises suivant des bandes de vol avec un recouvrement longitudinal
(le long de la trace) et latéral (d'une trace à l'autre) pour assurer la stéréoscopie
(cf. image ci-après).
Image 11 : Bande de vol avec photos aériennes classiques
5. Les drones
Définition : Les drones
Ce sont des objets volants sans pilote de taille variable (quelques grammes à
plusieurs tonnes).
12
Historique
Image 12 : Différents types de drones
6. Le numérique
Dans les années 90, on passe au numérique. L'IGN développe une caméra
numérique équipées de 4 matrices de 4096pixels * 4096 pixels (R, V, B et IR).
Image 13 : Caméra numérique IGN (matrices)
Leica développe une caméra numérique, l'ADS40, équipées à barrettes (R, V, B et
IR). Cette caméra permet de faire de la tristéréoscopie (Arrière, Nadirale, Avant).
13
Historique
Image 14 : Caméra ADS 40 de Leïca
Image 15 : Principe de la tristéréocopie
7. Comparaison images scannées – images numériques
La réponse est mauvaise sur les images scannées, car on a un bien plus mauvais
rapport signal bruit. La réponse sur les images numériques est linéaire, il y a donc
une meilleure visibilité dans les ombres et le bruit est nettement moins important.
Image 16 : A gauche image scannée, à droite image numérique
14
Historique
Image 17 : Exemple d'image caméra numérique sur la ville d'Amiens, bonne
visibilité dans les ombres
B. Images spatiales
1. Images analogiques
En 1946 a lieu le premier cliché spatial avec une fusée V2 qui monte à une altitude
de 130 kilomètres, ce sont les débuts de la photographie spatiale qui ne sera
effective qu'avec les premiers satellites dédiés. Cette dernière ne concurrence pas
totalement la photographie aérienne mais la complète sauf peut-être dans le
domaine du renseignement militaire.
Années 60 : mise en place d'appareils photos dans les satellites, récupération au sol
à l'aide d'une capsule parachutée (CORONA pour les américains et KVR pour les
russes).
Corona était le premier satellite de reconnaissance américain. Le programme a été
mis sur pied en réponse au programme soviétique du Spoutnik et était
spécifiquement destiné à obtenir des images de pays du bloc soviétique. Les images
étaient mises sur des films qui étaient ensuite replacés à bord d'un véhicule de
récupération quittant l'orbite et récupérés par un avion C-119 au cours de son
parachutage vers la terre.
Les photos Corona étaient des photos stéréo avec une résolution initiale de 8 m
portée par la suite à 2 m. Le programme a démarré le 12 août 1960 et s'est
terminé le 31 mai 1972. Depuis 1995, les images sont déclassifiées et peuvent être
achetées.
15
Historique
Image 18 : Le système Corona
Image 19 : Une image Corona
2. Images numériques



16
années 70 : premiers détecteurs opto-électroniques : acquisition point à
point (scanner, cf. image ci-après a) : Landsat (1972) ;
années 80 : premières barrettes de détecteurs : acquisition lignes à lignes
(push-broom, cf. Img. 26b) SPOT (SPOT1, 1986) ;
années 90 : premières matrices de détecteurs (cf. image ci-après b) :
acquisition 2D, très peu utilisé dans le spatial.
Historique
Image 20 : Les différents systèmes
3. Comparaison d'images numériques aérien et satellitaire
Image 21 : A gauche, caméra numérique ADS à 20 cm de résolution, à droite
image IKONOS à 1 m de résolution
Capteurs numériques aériens
Capteurs satellitaires numériques
Disponibilité aléatoire (vent, météo )
Disponibilité permanente
Couverture restreinte
Couverture mondiale
Choix du pas de l'image
Pas au sol d'image imposé
Stéréoscopie inhérente
Stéréoscopie sur demande
Tableau 1 : Tableau récapitulatif de complémentarité capteurs numériques
aériens-capteurs satellite
17
Les différents types
de rayonnements
III -
Les différents types de rayonnements
III
21
A. Les différents types de rayonnements
Optique (passif)
La lumière du soleil se réfléchit sur la terre qui émet à son tour un rayonnement
vers le capteur.
Les corps peuvent aussi émettre un rayonnement propre du fait de leur
température. Ce rayonnement est perceptible en infrarouge thermique.
Image 22 : Le rayonnement
Radar (actif)
Les capteurs radar (satellite ou aéroportés) existent depuis le début des années 90.
L'acquisition, le traitement et l'interprétation de ces images est très différent et
complémentaire des images optiques.
Ils sont actifs car ils analysent un rayonnement réfléchi qu'ils ont eux-même émis.
19
Les différents types de rayonnements
Image 23 : Illustration de la technologie radar
Les ondes se réfléchissent sur la montagne et repartent vers le capteur.
Image 24 : Ile de la Réunion vue par un capteur radar
On voit sur l'image 3D en blanc les lignes de crête. Des informations intéressantes
apparaissent sur l'océan : à l'est de l'île l'eau paraît claire, cela signifie que la mer
est agitée alors qu'à l'ouest elle est foncée, donc calme. Au sud on voit les
mouvements de la houle.
Applications



20
Cartographie des zones intertropicales et polaires, côtes maritimes
brumeuses ;
géologie, hydrologie, exploration minière et pétrolière ;
détection des mouvements de surface (par interférométrie) : activité
Les différents types de rayonnements





sismique, glissements de terrain, subsidence ;
applications maritimes : surveillance du trafic maritime, détection des
pollutions marines ;
cartographie et suivi des glaces ;
gestion des risques : inondations, feux de forêt ;
agriculture et forêt : détection de l'état des changements dus à la
croissance de la végétation, aux variations d'humidité du sol, aux activités
agricoles et forestières (labourage, déforestation) ;
surveillance, défense et renseignement.
Comparaison image optique, image radar
Image 25 : Comparaison image optique image radar
Les lignes claires de l'image radar proviennent de la réflexion des ondes radar sur
les structures métalliques des bâtiments ainsi que des lampadaires.
Laser aéroporté (actif)
Le laser aéroporté (ou Lidar, LIght Detection And Ranging) a été conçu dans les
années 80. Il s'est fortement développé dans les années 90 et est très utilisé de
nos jours pour de multiples applications de cartographie 3D. Son principe est simple
: un rayon laser à très haute fréquence émis par un avion est envoyé au sol. A
chaque impact, ce rayon géoréférencé et orienté dans l'espace mesure une distance
et donc un point 3D au sol. A l'issue du vol, on a donc un semis irrégulier de points
3D que l'on peut facilement projeter sur une grille régulière pour obtenir un MNT.
Applications







Surveillance côtière ;
MNT - MNS ;
prévisions des risques d'inondations ;
modèle volumique forestier ;
cartographie de corridors ;
archéologie ;
surveillance d'ouvrage d'art.
21
Les différents types de rayonnements
Image 26 : Principe du laser aéroporté
Image 27 : Ville de Venise : drapage texture photo aérienne sur MNT Lidar
22
Applications en
imagerie spatiale
IV -
Applications en imagerie spatiale
IV
25
A. Applications en imagerie spatiale
1. Agriculture
Image 28 : Irrigation dans la région de Lethbrigde, Canada - Spot 5 - 2,5 m
couleur




Classification des types de cultures et de sol
Evaluation de la santé des cultures
Estimation de la production totale d'une récolte
Surveillance de conformité aux lois et traités.
2. Aménagement du territoire
23
Applications en imagerie spatiale
Image 29 : Aménagement du territoire


Constitution et mise à jour des bases de données d'occupation du sol aux
échelles urbaine, péri-urbaine, régionale et nationale
Etudes d'impact sur l'environnement.
3. Applications maritimes
Image 30 : Image Radarsat des côtes du pays de Galles prise une semaine après
la marée noire



Contrôle des activités de pêche et du trafic maritime
Localisation des nappes de pollution
Gestion de l'environnement côtier et océanique.
4. Archéologie
24
Applications en imagerie spatiale
Image 31 : Le très vaste et important site de Ribemont-sur-Ancre (Somme)
5. Cartographie 2D ou 3D
Image 32 : cartographie 2D ou 3D




Créer ou mettre à jour des cartes topographiques ou des plans cadastraux
Optimiser des campagnes de relevés de terrain
Renseigner des bases de données cartographiques
Mettre en place un projet de développement durable.
6. Défense
25
Applications en imagerie spatiale
Image 33 : Défense




Produire et distribuer rapidement de l'information géographique (cartes,
bases de données...) et du renseignement (surveillance des sites sensibles),
sur une zone d'intérêt nationale ou internationale
Assurer la cohérence des données géographiques issues de différentes
sources : renseignement, cartographiques, topographiques
Préparer, simuler et évaluer les missions dans des conditions proches de la
réalité avec des modèles 3D : guidage des avions, missiles et drones
Organiser les interventions humanitaires, déployer les forces de maintien de
la paix.
7. Glaciologie
Image 34 : Image Aster d'un glacier situé en Patagonie le 02/05/2000
26
Applications en imagerie spatiale
Image 35 : Glacier de Malaspina en Alaska
8. Études urbaines
Image 36 : Image Landstat de la région parisienne, août 2000
Suivi de l'évolution du tissu urbain : l'image nous permet de bien délimiter Paris de
sa banlieue.
27
Applications en imagerie spatiale
9. Géologie - Vulcanologie
Image 37 : Vulcanologie : écoulement de lave au Mont Etna en juillet 2001
Image 38 : Image Landstat 7 de l'anticlinal de Mand en Iran
28
Applications en imagerie spatiale
10. Gestion des forêts
Image 39 : Gestion des forêts




Mieux connaître les surfaces forestières et les peuplements
Disposer de plans actualisés de gestion forestière
Estimer les dégâts d'intempéries : incendies, tempêtes, ouragans, ...
Aménager et surveiller les sites protégés.
11. Gestion des ressources en eau
29
Applications en imagerie spatiale
Image 40 : Evolution de lac Tchad
On fait de la comparaison d'images d'un instant à l'autre.
Image 41 : Tsunami de Banda Acce vu par Landstat
12. Météorologie
30
Applications en imagerie spatiale
Image 42 : Météorologie
Les 2 satellites les plus connus sont issus de la NOAA pour les USA et Météosat
pour l'Europe.
13. Océanographie - Hydrographie
Image 43 : Illustration du fonctionnement du satellite Topex Poséidon (Jason et
Envisat peuvent aussi réaliser de telles missions)
31
Applications en imagerie spatiale
Image 44 : Topex Poséidon : hauteur des vagues eet vitesse des vents (juin
1995)




Calcul du niveau de la mer et des lacs
Bonne connaissance des marées
Mesure de la hauteur de vagues
Topographie des glaces marines.
14. Risques naturels et industriels
32
Applications en imagerie spatiale
Image 45 : Incendies dans le massif des MAures
Image 46 : Explosion d'une usine



Mettre à jour les plans de prévention des risques
localiser rapidement les zones affectées et cartographier les dégâts
améliorer les modèles de prévision et de simulation des phénomènes à
risques.
15. Télécommunications
33
Applications en imagerie spatiale
Image 47 : Classification des bâtiments/hauteur
Cette application nécessite la réalisation d'un MNE caricaturé et réalisé à l'aide
d'images satellite ou aérienne .



34
Dimensionner de nouveaux réseaux à l'échelle d'une ville ou d'un pays
Densifier des réseaux existants
Simuler la propagation des ondes en réalisant des cartes de couvertures
radio.
Conclusion
Questions à se poser :
- Quels sont les besoins pour le thème étudié?
- Quels outils utiliser pour satisfaire ces besoins?

Type de capteurs (satellites, avions, drones) ?
Logiciels d'interprétation?
L'observation de la terre par satellite est un outil :
- d'inventaire (occupation des sols, ...),
- d'analyse (cartographie, évolutions...),
- d'aide à la prévision (agriculture, ...),
- de simulation (risques naturels,...).
Enjeux de l'observation de la Terre :
- scientifiques,
- économiques,
- stratégiques.
Intérêt
- Possibilité de couvrir un large champ : largeur des fauchées allant de 11 km (Ikonos) à 2
500 km (AVHRR).
- Disponibilité du système :


acquisition systématique, pas de campagne à organiser, fraîcheur de l'information,
possibilité de suivi multitemporel. Facilité d'accès pour des régions éloignées.
- Qualité géométrique des images :


position sur orbite quasi déterministe,
 peu de perturbations sur les angles d'attitude.
Mais ...Le satellite ne remplace pas l'avion
35