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Le radar est un système actif
Technologie radar
 
Radar
 
Les radars sont surtout utilisés dans le cadre des systèmes de contrôle aérien, où ils permettent de guider les avions quelles que soient les conditions météorologiques. La plupart des navires qui sortent en mer sont équipés d’un radar embarqué. Ces radars permettent tous de mesurer les distances et les angles relatifs de positionnement. Ils peuvent détecter, sans les reconnaître, certains objets spécifiques. Pour produire une image radar, il faut utiliser un système radar spécialement prévu à cet effet.

Ces radars sont embarqués à bord des avions et des satellites. Les satellites ERS construits et lancés par l’Agence Spatiale Européenne en font partie. Le radar embarqué obtient des images détaillées de la surface de la Terre.

Le radar est un système actif. Autrement dit, il éclaire la surface de la Terre et mesure le signal réfléchi. Par conséquent, les images peuvent être acquises de jour comme de nuit, totalement indépendamment de l’éclairage solaire. Ceci est particulièrement important aux latitudes élevées, où la longue nuit polaire empêche les satellites traditionnels d’obtenir des données pendant six mois de l’année. En outre, le signal radar pénètre les nuages sans difficulté, ce qui lui permet d’acquérir des images quelles que soient les conditions météo.

Si les images radar ressemblent à des photographies, leur interprétation est très différente. Nous allons voir pourquoi.

Primo : les radars sont des systèmes actifs. La scène à « photographier » est éclairée – non pas à la lumière, mais à l’aide d’un signal électromagnétique d’une longueur d’onde tout à fait spécifique. Les images micro-ondes fournissent des informations sur les propriétés géométriques et diélectriques de la surface ou du volume étudié, qui dépendent essentiellement de la rugosité de la surface (voir ci-dessous), du type de matériau (fer, béton, bois, matière organique) et de sa teneur en humidité.

Les satellites peuvent transporter des radars ou des capteurs optiques pour acquérir différents types d’images. Les capteurs optiques diffèrent des radars en ce sens qu’ils ne peuvent pas prendre d’images la nuit et ne « voient » pas à travers les nuages.  
 
Colour radar images
Une image composite multi-temporelle
Secundo : les images radar sont en noir et blanc parce qu’elles sont acquises sur une seule longueur d’onde électromagnétique de 5,3 cm.

Il est possible de produire des images radar en couleur en combinant trois images simples correspondant à des dates différentes (espacées de 35 jours, par exemple) pour produire une image composite multi-temporelle. Chaque date/image est affichée dans l’une des trois couleurs utilisées pour former n’importe quelle image en couleur, à savoir le rouge, le vert ou le bleu. Les différentes quantités de couleur de chaque date se combinent pour produire d’autres couleurs, qui peuvent être interprétées par des processeurs d’image expérimentés.
 
 
What a radar 'sees' is different to what our eyes observe
Ce que "voit" un radar est différent de ce que peuvent observer nos yeux
Tertio : ce que "voit" un radar est différent de ce que peuvent observer nos yeux. Imaginez que vous êtes sur la plage et que vous regardez vers le large. L’eau peut être lisse ou comporter des vagues (selon la vitesse du vent). Cependant, pour le capteur, plus la surface de la mer est agitée, plus l’énergie micro-ondes qui se reflète et qu’il enregistre est importante et, par conséquent, plus l’eau qui apparaît sur l’image est claire (blanche).

Une fois que le radar a émis un signal micro-onde, la puissance avec laquelle un objet reflète le signal est mesurée. C’est ce qu’on appelle la rétrodiffusion. Plus la mer est agitée, plus la rétrodiffusion est importante et plus l’image est claire (regardez les flèches vertes sur l’image ci-dessus : leur taille indique la clarté de l’image). Une mer calme apparaît en noir sur une image en noir et blanc, tandis qu’une mer agitée ou déchaînée apparaît en couleur claire, du fait de la hauteur des vagues. Les bateaux apparaissent également sous forme de points clairs, car ils sont faits de métal et comportent de nombreux angles droits qui reflètent l’énergie micro-ondes mieux que l’eau. Bien entendu, d’autres facteurs interviennent, comme nous le verrons dans d’autres exercices.
 
 
Color composition of the city of Bucharest
Composition en couleur de la ville de Bucarest
A bien des égards, l’interprétation d’images du sol est semblable. Les villes sont des surfaces très accidentées. De ce fait, elles apparaissent généralement en couleur très claire. Les maisons individuelles prennent l’aspect de points clairs (car elles reflètent énormément), à condition que le tissu urbain ne soit pas trop dense. L'image de droite montre une composition en couleur de la ville de Bucarest, telle qu’elle a été perçue par le radar embarqué à bord du satellite ERS-1.
 
 
ERS Radar multitemporal image of Porto Velho (Brasil)
Human-made deforestation is seen as coloured rectangular areas. The city of Porto Velho (Brazil) is depicted in white.
Les forêts sont également de couleur claire, avec des niveaux de gris plutôt élevés et homogènes. D’un autre côté, les prairies sont des surfaces lisses, qui apparaissent en couleur sombre sur l’image radar (la figure de gauche montre une partie de la forêt d’Amazonie située non loin du Rio Branco au Brésil. L’on peut voir la déforestation effectuée par les hommes, elle est figurée par des rectangles sombres).
 
 
Radar satellite image of a cultivated area in The Netherlands
Image satellite radar d’une zone cultivée aux Pays-Bas
Les routes et autoroutes sont encore plus lisses. C’est la raison pour laquelle elles apparaissent presque en noir. La figure jointe montre une image satellite radar d’une zone cultivée aux Pays-Bas, où un réseau de routes est clairement visible sous forme de caractéristiques linéaires sombres. Mais, sur cette image, vous pouvez également identifier une fine ligne claire. Devinez de quoi il s’agit ! Bien entendu, c’est une voie ferrée : faite de fer, elle reflète fortement le rayonnement micro-onde.
 
 
Utilisation des images radar
 
Maintenant, d’un point de vue pratique, quelle est l’utilité des satellites radar ?

Les données produites par les satellites radar nous aident à surveiller notre environnement, 24 heures sur 24, quelles que soient les conditions météo et alors que les autres satellites ne peuvent pas fonctionner.

Le long des côtes et au large, nous pouvons utiliser ces satellites pour détecter les marées noires, bien avant qu’elles n’atteignent les côtes. En eau peu profonde, les données radar montrent les courants marins. Elles permettent ainsi de cartographier les bancs de sables cachés, qui constituent un danger, et de tracer des représentations schématiques de la topographie des fonds marins.
 
 
En outre, ces satellites nous permettent de mesurer les vagues (utiles pour les prévisions météo) et d’orienter les navires pour assurer leur sécurité et leur permettre d’arriver à bon port au meilleur coût.

De même, les ingénieurs qui travaillent sur les plates-formes pétrolières ont besoin des informations de ce type. Tout d’abord pour planifier les travaux de construction. Ensuite, durant les travaux d’exploitation, pour contribuer à la protection des dizaines de personnes qui travaillent sur ces îles artificielles plantées au milieu d’une mer qui peut parfois se révéler totalement déchaînée.

Les données radar produites par les satellites sont également très appréciées des pilotes de brise-glaces qui traversent les glaces de l’Arctique ou de l’Antarctique. Ils utilisent ces images pour déterminer la trajectoire optimale qui leur permettra d’éviter les glaces plus épaisses, susceptibles de bloquer leur navire – qu’il fasse nuit ou brouillard.
 
 
Sur terre, les données radar permettent de surveiller les inondations. Elles peuvent également être utilisées dans le cadre des opérations de sauvetage (bien entendu, les inondations se produisent par temps extrêmement humide, situation où les nuages rendent les autres satellites et avions totalement inopérants).

Les régions à haut risque sujettes aux glissements de terrain, tremblements de terre et autres éruptions volcaniques, peuvent également être surveillées au moyen de techniques spéciales (désignées par le terme d’interférométrie), qui nous permettent de mesurer les légers mouvements de la Terre. Ces mesures servent d’indications pour émettre des avertissements. Par une technique semblable, il est possible de générer des cartes numériques à partir de données satellite.
 
 
La déforestation
Aux tropiques, le ciel est souvent nuageux. Par conséquent, seuls les satellites radar peuvent produire des images de la surface de la Terre. Les images des satellites radar sont souvent utilisées en agriculture, surtout pour les prévisions de production de riz. Les champs sont clairement visibles sur une image et leurs dimensions peuvent être mesurées, après quoi il devient possible d’évaluer les quantités de riz à récolter.

Pour protéger, mais également pour exploiter la forêt de manière durable, la surveillance radar s’impose. Les satellites peuvent repérer la moindre entaille, ce qui permet de surveiller les activités de déforestation.

Pour conclure, les satellites radar comme ERS ou Envisat permettent non seulement de comprendre, mais également de protéger notre environnement à l’échelle mondiale et locale.
 
 

 


La télédétection
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