Télédétection pour des applications environnementa ...

 Objectifs de l’enseignement

Cette matière de télédétection pour des Applications Environnementales dans le domaine de l'écologie explore l'utilisation de techniques de collecte et d'analyse de données à distance pour étudier et surveiller les écosystèmes. Il couvre les principes fondamentaux de la télédétection, en mettant l'accent sur les domaines du spectre électromagnétique pertinents pour l'écologie. L'application de ces connaissances se fait souvent dans des domaines tels que la gestion des ressources naturelles, la conservation de la biodiversité, et la surveillance des changements environnementaux à grande échelle. Ce cours vise à fournir aux étudiants les compétences nécessaires pour contribuer à la compréhension et à la préservation des écosystèmes grâce à l'utilisation de la télédétection.

Contenu de la matière

1-      INTRODUCTION

2-      BASES PHYSIQUES DE LA TELEDETECTION

                a- Rayonnement électromagnétique, interactions rayonnement 

               b- matière et quantités physiques utilisées en télédétection.

3-      Propriétés optiques des surfaces naturelles : feuilles, sols, eau et autres surfaces terrestres ,

4-      DONNEES DE TELEDETECTION

                a) ACQUISITION ET TRAITEMENT DE DONNEES

                b)- Plates formes et caractéristiques d’un capteur de télédétection.

                c) - Extraction de l’information à partir de données de télédétection.

5-      Prétraitement de données de télédétection : corrections atmosphériques et géométriques.

6-     APPLICATION  DE LA TELEDETECTION

a) Utilisation des indices de végétation radiométriques (NDVI).

b). Utilisation des Méthodes de classification

c) Méthode non supervisées

d) Méthodes supervisées à partir des signatures spectrales : méthodes à base de

e) distance spectrale (maximum de vraisemblance)

f). Evaluation de la qualité d’une classification : séparabilité entre classes et matrice de confusion

Prérequis

Des connaissances en géographie et en cartographie sont importantes pour interpréter les données spatiales obtenues par la télédétection. Cela comprend la lecture de cartes, la compréhension des coordonnées géographiques et des systèmes de référence spatiale. Une familiarité avec les outils informatique et les logiciels de traitement d'images, de géomatique et d'analyse de données spatiales est cruciale. Une connaissance de base en physique, en particulier en ce qui concerne la lumière et les ondes électromagnétiques, peut aider à comprendre les principes fondamentaux de la télédétection.

Objectifs

la télédétection fournit aux étudiants en écologie les outils nécessaires pour obtenir des informations cruciales sur les écosystèmes à grande échelle, ce qui est fondamental pour la prise de décisions informées en matière de gestion et de conservation environnementale. la gestion des ressources naturelles ainsi que les compétences en télédétection sont essentielles pour la gestion durable des ressources naturelles. Les étudiants peuvent appliquer ces connaissances à des domaines tels que la gestion des forêts, la surveillance de la qualité de l'eau et la conservation des habitats naturels.

1. INTRODUCTION

Cette discipline vise à obtenir une connaissance détaillée des phénomènes, en analysant leurs aspects statistiques et dynamiques au fil du temps. Pour ce faire, la télédétection utilise des données objectives, homogènes et récentes, indépendamment de l'échelle territoriale. Les enregistrements satellites, relevant de la télédétection, permettent une description détaillée des phénomènes; l'étude de la végétation et à la détection des maladies des plantes, mais désormais étendue à divers domaines tels que l'aménagement forestière , l'urbanisme et les transports.

1.1. Définitions de la télédétection

« La télédétection est la technique qui, par l'acquisition d'images, permet d'obtenir de l'information sur la surface de la Terre sans contact direct avec celle-ci. La télédétection englobe tout le processus qui consiste à capter et à enregistrer l'énergie d'un rayonnement électromagnétique émis ou réfléchi, à traiter et à analyser l'information, pour ensuite mettre en application cette information. »

1.2. Historique de la télédétection

L'histoire des techniques de la télédétection peut être découpée en cinq grandes époques :
 
 a) de 1856, date à laquelle, pour la première fois, un appareil photographique a été installé de façon fixe à bord d'un ballon, à la première guerre mondiale, se déroule l'époque des pionniers, pendant laquelle sont explorées les possibilités de la photographie aérienne verticale pour la cartographie.

b) de la première guerre mondiale à la fin des années 50, la photographie aérienne devient un outil opérationnel pour la cartographie, la recherche pétrolière, la surveillance de la végétation. On assiste à un progrès continu de l'aviation, des appareils photographiques et des émulsions (couleur, infrarouge noir et blanc, infrarouge fausse couleur). Les méthodes de la photo-interprétation sont précisées et codifiées.

c) la période qui commence en 1957 et s'achève en 1972 marque les débuts de l’exploration de l’Espace et prépare l'avènement de la télédétection actuelle. Le lancement des premiers satellites, puis de vaisseaux spatiaux habités à bord desquels sont embarqués des caméras, révèle l'intérêt de la télédétection depuis l'espace.

d) depuis les années 70, on assiste à un développement continu de la télédétection, marqué notamment par :

- l’augmentation de la résolution spatiale des capteurs, déjà évoquée.

- la diversification des capteurs qui utilisent des domaines de plus en plus variés et spécialisés du spectre électromagnétique. Dans les années 90, on assiste ainsi à la multiplication des satellites équipés de capteurs actifs, radars en particulier.

e) la diffusion des données sur une base commerciale, envisagée dès le lancement du programme SPOT en 1986, se traduit aujourd’hui par le lancement de satellites de télédétection par des sociétés privées. Les données de télédétection deviennent l’objet d’un marché concurrentiel.

La diffusion accélérée et l’augmentation de la puissance des ordinateurs contribuent de façon continue à promouvoir de nouvelles méthodes d’utilisation des données toujours plus abondantes que fournit la télédétection spatiale

2. Bases physiques de la télédétection

2.1 Spectre électromagnétique

Le spectre électromagnétique présente toutes les gammes d’ondes depuis les plus petites longueurs d’onde (fréquence très élevée) jusqu’aux plus grandes(fréquence très basse)

a) Le visible, rayonnement solaire réfléchi par les surfaces terrestres.

b) Le proche infrarouge, rayonnement solaire réfléchi par les surfaces terrestres.

c) Le moyen infrarouge, rayonnement à la fois réfléchi et émis par les surfaces terrestres.

d) L’infrarouge thermique, émis par les surfaces terrestres.

e) hyperfréquences actives et émises par les surfaces terrestres pour les hyperfréquences passives.


 Interactions rayonnement matière et quantités physiques utilisées en télédétection.
 Réponse du milieu observé :

3-  Propriétés optiques des surfaces naturelles, feuilles, sols, eau et autres surfaces terrestres ,
  
Le milieu observé interagit avec le rayonnement incident et donne une réponse liée à des mécanismes tels que: l’émission propre, la réflexion, la diffusion et l’absorption, caractérisant La réflexion : Les rayonnements peuvent être réfléchis et renvoyés vers l’Espace (Figure 4). Le plus souvent, il s’agit alors d’une réflexion diffuse, qui s’effectue dans toutes les n’est pas réfléchie est absorbée. La réflectance est le rapport entre l’énergie réfléchie et l’énergie reçue.

 Propriétés optiques des surfaces naturelles : feuilles, sols, eau et autres surfaces terrestres ,

Réponse du milieu observé
L’absorption : Elle traduit l’aptitude d’un corps à ne pas réfléchir les rayonnements reçus. Un corps qui absorbe a tendance s’échauffer. Cette énergie absorbée est transformée en température qui produit une émission de rayonnement électromagnétique (absorption = émission). L’absorptance est définie comme le rapport entre l’énergie absorbée et l’énergie reçue (Figure 10).

Transmission : ou transmittance est le rapport entre l’énergie transmise et l’énergie reçue.

4-  DONNEES DE TELEDETECTION

 -Satellites d’observation de la terre

 - La Plate-forme

 - Composantes du satellite

      a) Capteur :

En télédétection, les capteurs sont les équipements placés à bord satellites qui permettent de mesurer des objets étudiés dans une bande donnée de longueur d’onde.

  On distingue 02 types de capteurs

1) Le capteur actif : 

2) Le capteur passif : 

-- Les Satellites d’observation de la terre

Parmi les satellites qui nous intéressent (LANDSAT, SPOT) pour l’observation des ressources terrestres, (METEOSAT, NOAA) dont le but est l’étude de l’environnement et la météorologie.

Le tableau suivant montre les caractéristiques des principaux systèmes satellitaires d'observation de

   - Apport de la télédétection

  - Les donnés de télédétection

  Les données de télédétection sont le plus souvent fournies en format d’images numériques. L’image correspond à une matrice de pixels. La taille du pixel correspond à la résolution spatiale et son contenu correspond à l’intensité du rayonnement réfléchi ou émis. Cette intensité est exprimée en niveaux de gris. Pour chaque bande spectrale correspond une image résultante.

Et aussi l’image satellitaire : Les informations acquises par télédétection spatiale sont restituées sous forme d’images ou l’unité de résolution est de pixel. Ce dernier est défini comme étant « la plus petite surface homogène enregistrée de la maille d’échantillonnag.

Les caractéristiques fondamentales des images de télédétection:

1) La résolution spectral
2) La résolution spatiale
3) la résolution temporelle

Traitements des données de télédétection

-  Etapes du processus de la télédétection

Traitements des données de télédétection:

-Corrections radiométriques

-Corrections géométriques

-Rehaussement de l'image
-Transformation de l'image

Classification de l’image satellitaire :

La classification d’une image de télédétection consiste à en une reconnaissance automatique des reflectances. Elle permet d’identifier et de regrouper les pixels similaires d’une image dans une classe. Cette similarité peut être déterminée par rapport à la signature spectrale ou à la proximité spatiale

6- APPLICATION  DE LA TELEDETECTION

 a) Utilisation  des Synthèse des néo-canaux; des indices de végétation radiométriques (NDVI).

b). Utilisation des Méthodes de classification

c) Méthode non supervisées

d) Méthodes supervisées à partir des signatures spectrales : méthodes à base de

e) distance spectrale (maximum de vraisemblance)

f). Evaluation de la qualité d’une classification : séparabilité entre classes et matrice deconfusion.