Introduction à la télédétection.

1. Définition de la télédétection

            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, spatiale, terrestres ou maritimes. Comme son nom l'indique, elle suppose l'acquisition d'information à distance, sans contact direct avec l'objet détecté.

 Sa définition officielle est « l'ensemble des connaissances et techniques utilisées pour déterminer des caractéristiques physiques et biologique d'objets par des mesures effectuées à distances, sans contact matériel avec ceux-ci ».

1. La télédétection : une priorité internationale et nationale

Les efforts réalisés par certains pays pour développer le marché et l'industrie de la télédétection sont le reflets de priorités nationales dans ce domaine. Aux Etats-Unis, pionniers dans ce domaine, le programme LANDSAT de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) et les programmes de satellites de la National Oceangraphic and Atmospheric Administration (NOAA) ont nécessité des investissements de plusieurs milliards de dollars. En Europe, l'Agence spatiale européenne (ESA, European Space Agency), un organisme regroupant 13 pays, assure la coopération entre les états membres dans les domaines de la recherche et de la technologie spatiales et de leurs applications à l'étude des ressources terrestres. L'Agence est le maître d'œuvre de nombreux projets en télédétection dont celui de la mise en orbite du satellite ERS-1. En France, le programme SPOT (Satellite pour l'observation de la terre) a mobilisé une partie importante des énergies du Centres national d'études spatiales (CNES), du Centre national de la recherche scientifique (CNRS), de l'Institut géographique national (IGN) et des universités, pour développer un produit appelé à devenir commercialement rentable. Divers pays d'Asies ont mis sur pieds des centres de télédétection, dont la Thaïlande, l'Inde et le Japon . Ces deux derniers possèdent leurs propres satellites de télédétection et procèdent présentement à la mise en marché de produits dérivés. En Afrique, plusieurs centres de télédétection ont été créés par des instances nationales ou régionales pour assurer la formation et la sensibilisation des usagers virtuels de la télédétection .

 III. Historique et évolution de la télédétection

 III.1. Historique

 La télédétection devint possible le jour du premier vol en ballon en 1783. Cet événement historique, jumelé à l'invention de la plaque photographique par Daguerre et Niepce en 1839, permit à Félix Tournachon de prendre, en 1858, la première photographie aérienne de Paris.

 Ceci consiste le point de départ de tout un cheminement qui jettera les bases de la télédétection contemporaines. Grâce aux nombreux développements survenus dans le domaine de l'aviation depuis le début du XXe siècle, il était désormais possible de sillonner le ciel et d'obtenir une vision d'ensemble de notre milieu. Parallèlement, de nouveaux capteurs sont développées. Dès 1855, le physicien Maxwell envisage la possibilité de réaliser des photographies en couleurs basées sur trois surfaces respectivement sensibles aux trois couleurs fondamentales : le rouge, le vert et le bleu. La première pellicule couleur est mise au point en 1859, mais il a fallu attendre jusqu'en 1935 la sortie du premier film couleur commercial par la société Kodak .

 III.2. Evolution dans le domaine spectral

 L'exploration des domaines non visibles a connue histoire presque parallèle à celle du visible, puisque le rayonnement infrarouge a été découvert par Herschel en 1800. On a commencé à pouvoir le mesurer en 1880 et ce n'est qu'en 1931 qu'a été mis au point le premier film sensible au proche infrarouge pour l'armée américaine. Il a fallu attendre 1942 pour que celui-ci soit commercialisé et 1960 pour que l'on commence à l'utiliser pour l'étude de la végétation.  Les chercheurs de plusieurs disciplines ont essayé de représenter les variations spatiales de divers domaines spectraux sous forme d'images, à partir de différentes approches. L'utilisation de pellicules photographiques sensibles au proche infrarouge (jusque vers 0,95 mm), d'abord destinée à la détection des camouflages militaires, a rendu des services inestimables à la cartographie de la végétation et à la détection des maladies des plantes.

 III.3. Evolution dans le domaine spatial

 Au fur et à mesure du développement de la télédétection, on a toujours cherché à concilier deux objectifs opposés : voir le plus grand territoire possible, mais avec la meilleur précision possible. C'est ainsi qu'à partir de satellites en orbites polaires à des altitudes de 800 à 1000 kilomètres, on est passé des résolutions de quelques kilomètres pour le NIMBUS en 1970 à 80 mètre sur LANDSAT-MSS (Muliti Spectral Scanner) en 1972, puis à 30 mètre sur LANDSAT /TM (Thematic Mapper) en 1983 et enfin à 10 mètre sur SPOT-1 en 1986. Bien qu'il soit techniquement possible d'obtenir des limites de résolution plus fines (et cela existe, bien sûr, chez les militaires), il semble que 10 mètres soit la limite actuellement compatible avec une politique d'accès universel aux données à l'échelle internationale, compte tenu des réglementations restrictives de certains pays sur l'usage public des cartes et des photographies aérienne. Une limite de résolution de 5 mètres est cependant envisagée pour LANDSAT-7 .

 III.4. Evolution dans le domaine temporel

 Les objectifs d'une limite de résolution spatiale de plus en plus fine interdisent à la fois une vision globale du paysage et une grande répétitivité des observations : plus l'image est petite, moins souvent le satellite pourra repasser au-dessus d'un même site. De plusieurs images par jour pour les satellites météorologiques, on passe à une image aux 16 jours pour LANDSAT et à une image aux 26 jours pour SPOT. Toutefois, la possibilité de dépointage programmable de SPOT permet de compenser cette faible répétitivité en obtenant pour un site la possibilité théorique d'une image tous les deux ou trois jours, mais au détriment d'autres secteurs, qui alors ne seront pas couverts. La possibilité de dépointage de SPOT apporte en prime une capacité inconnue jusque-là sur un satellite à haute limite de résolution : la vision stéréoscopique, qui combine deux images du même territoire prises sous des angles de visée différent compris entre plus ou moins 27 degrés par rapport à la verticale. Bien que non simultanée, car il faut toujours compter au moins une journée entre les deux prises, la vision stéréoscopique ouvre la voie à toute une gamme d'applications cartographiques et géologiques inimaginables avec les satellites précédents. Toutes ces images constituent un défi considérable pour les chercheurs et les spécialistes des applications, ce qui les a conduits à développer de nouvelles méthodologies pour l'analyse des données.

 III.5. Evolution des méthodes d'analyse des données

 L'analyse des images obtenues par la télédétection a d'abord été faite de façon visuelle par l'interprétation de photographies aériennes (la photo-interprétation) pour les besoins d'un grand nombre de disciplines. Parallèlement, la mesure précise des formes et de la localisation des objets (la photogrammétrie) s'est développée en se servant essentiellement de la vision stéréoscopique, assistée de divers instruments optiques. Avec l'arrivée des images numériques, les système d'analyse d'images utilisant divers types d'ordinateurs ont commencé à faire leur apparition.

Leur développement a suivi celui, très rapide, de l'informatique, tant du point de vue du matériel que du point de vue des logiciels.

 IV. Les applications

 IV.1. La désertification

 La vieille querelle sur les origines naturelles ou anthropogéniques de la désertification actuelle, par exemple sur l'avancée du Sahara vers le sud, s'estompe. On est sûr désormais que les activités humaines, à tous niveaux, influent directement sur la progression des déserts. Des initiatives locales ont par contre montré qu'il était possible de faire reverdir la zone désertifié du Sahel, en partie grâce à l'énergie solaire. Cette même énergie qui fait marcher SPOT dans l'espace. Et ce qui a été détruit par l'homme peut être reconstruit. En 1980, les Nations-Unies ont estimé que les pertes de productivité agricole dues à la désertification étaient de 26 milliards de dollars. Des estimations partielles de la désertification sont faites, souvent en soutien d'une argumentation militante, mais on n'a pas encore déterminé avec précision l'étendue globale des dégâts. Le rapport sur les ressources mondiales dit « ... peu de progrès ont été faits quand à l'évaluation de l'étendue exacte de la dégradation des terres. Des améliorations notables ont été apportées par l'imagerie satellite pour surveiller cette dégradation, mais la télédétection n'a pas encore été appliquée à un inventaire exhaustif des terres dégradés ¼». Dans l'intervalle, des études ponctuelles sont faites, comme par exemple, la responsabilité du surpâturage dans la désertification observée au Kenya ou l'assèchement du lac Tchad . L'étude du cas de la Mer d'Aral est l'exemple type d'un grand désastre écologique contemporain. De 68000 Km2 à la fin des années cinquante, la superficie se trouve réduite aujourd'hui à 40000 Km2. L'image satellite permet d'en faire la découverte : recul de la ligne de rivage de plus de 20 kilomètres par endroits depuis 1970 ; nappes d'eau en pleine régression ; développement d'une morphologie fossile: delta de l'Amou Daria perché, bras de delta fossiles ; apparition de dunes et d'une nouvelles végétations ; sols salés. Cet exemple illustre la possibilité ainsi offerte de suivre les conséquences à long terme de décisions d'aménagement prises en milieu fragile sans tenir compte de l'environnement. Ici l'apparition d'un nouveau désert de sels toxiques résulte d'un prélèvement massif d'eau à partir de l'Amou Daria (débit passé de 30000 à 3000 m3 par heure) pour le développement des cultures irriguées de coton. La toxicité des sels provient de l'usage excessif des pesticides en milieu aride et du caractère polluant des usines situées le long du fleuves . Pour aller au-delà du constat et de l'analyse ponctuelle et pour que soient mises en place les politiques de luttes contre l'ardification, on doit connaître avec précision l'extension du phénomène, son rythme, ses processus d'évolution. Les difficultés d'accès, l'ampleur des surfaces concernées rendent indispensable l'utilisation des images satellites dans ce domaine.

 IV.2. La déforestation

 La déforestation a débuté il y a 10000 ans, lorsque l'homme commença à cultiver le sol. Le phénomène s'est poursuivi en s'accentuant au fur et à mesure des besoins créés par l'augmentation de la population du globe. Aujourd'hui, avec cinq milliards d'habitants, il prend des proportions inquiétantes s'il n'est pas rapidement contrôlé. La rapidité de l'extension des phénomènes et les larges zones impliquées, en particulier, en Amérique du Sud, en Asie et en Afrique impliquent qu'une surveillance et un suivi efficaces soient effectivement assurés pour pouvoir mesurer objectivement et contrôler le processus. Ainsi, les études menées depuis deux ans par le Centre Spatial Brésilien (INPE) montrent qu'aujourd'hui 5,12% des cinq cent millions d'hectares de la forêt amazonienne ont disparu, soit environ vingt-cinq millions d'hectares. Plus que ce chiffre, c'est l'accélération du phénomène dans les vingt dernières années qui est préoccupantes. SPOT, grâce à sa haute résolution et à sa grande flexibilité pour acquérir des images en zones climatiques difficiles (nébulosité importante) est une source d'information privilégié dans ce domaine. La colonisation de nouvelles terres, lorsqu'elle est anarchique ou mal contrôlée , ou l'extraction illicite de bois se fait par " mitage "

 progressif des massifs sous une forme extrêmement discrète que l'image SPOT révèle aisément avec dix mètres de résolution au sol. C'est ainsi que l'on surveille actuellement les incursions des prospecteurs d'or dans les réserves indiennes protégées des MACUXI et des IANOMANI dans le nord de l'Amazonie brésilienne, que l'on suit l'impact de la construction du barrage de TUCURUI toujours en Amazonie ou la régression des domaines de forêt primaire au Kenya, à Madagascar ou en Asie du Sud-est . L'évaluation de « l'état des lieux » peut être dressée rapidement par interprétation automatique. Il faut une heure d'un calculateur de type moyen pour traiter une image SPOT de 60*60 Km soit 360000 hectares. Les parcelles d'un quart d'hectare sont détectées. La précision permet d'établir des cartes qui sont immédiatement utilisables pour des interventions rapides sur le terrain. SPOT peut à la fois surveiller de vastes surfaces et fournir une finesse dans le détail qui est actuellement unique.

 IV.3. Le dépérissement des arbres

 Le dépérissement des arbres a été identifié au milieu des années 80 par des observations scientifiques simultanées dans divers pays très industrialisés d'Europe. SPOT est à même de mesurer l'étendue des attaques les plus visibles et d'en faire le constat : arbres morts, surfaces

 touchées par des maladies s'attaquant au feuillage, ou d'en suivre la progression, offrant ainsi un complément naturel aux recherches et au suivi individuel d'arbres effectués par les chercheurs forestiers. Là aussi, des observations régulières permettent d'affiner les analyses et d'établir des plans d'intervention.