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Un avion de reconnaissance
Histoire de l’observation de la Terre
 
Photographies aériennes
 
Durant la première guerre mondiale, des avions de reconnaissance volaient au-dessus des positions ennemies pour observer les mouvements de troupes. Des caméras ordinaires montées sur des avions furent les précurseurs des systèmes modernes de télédétection. En se basant sur les photographies, il était possible d’observer la position et la puissance des forces ennemies.

Durant la seconde guerre mondiale la technique fut développée plus avant. Dans le cadre des préparatifs en vue de l’invasion de la Normandie (Jour J), des photographies aériennes furent utilisées pour cartographier l’état des côtes et identifier les sites qui se prêtaient le mieux à un atterrissage. En mesurant les vagues non loin de la côte, il fut possible de déterminer leur longueur et, ainsi, la profondeur des eaux. En outre, du film infrarouge fut utilisé pour identifier la végétation verte et la distinguer des filets de camouflage. Les années 1960 virent le développement du film sensible aux longueurs d’ondes, qui pouvait donc être utilisé pour la cartographie d’éléments tels que les différents types de végétation.

Peu à peu, d’autres technologies de télédétection furent mises au point. Des expériences de cartographie furent réalisées avec des systèmes radars embarqués sur des avions. TIROS 1, le premier satellite météo, fut mis en orbite en 1960. Il fournit à l’US Weather Bureau des images quotidiennes des formations nuageuses, constituant ainsi une avancée majeure dans les techniques de prévision météo.

Le développement de la technologie de télédétection non photographique fit d’immenses progrès après la mise en orbite, en 1972, du premier satellite de cartographie, Landsat 1. Ce dernier était équipé d’un nouveau type de capteur, le scanner multispectral (MSS). Grâce à cette nouvelle technologie, les données furent produites sous forme de matrices numériques chorologiques permettant une avancée substantielle en matière de traitement de l’image.  
 
Satellite with multispectral scanner
Satellite équipé d’un scanner multispectral
Scanners multispectre
 
De nos jours, le scanner est un instrument essentiel pour la télédétection. Il est utilisé à la fois sur terre et à bord d’avions ou de satellites. Chaque scanner est équipé de capteurs conçus pour recevoir les rayonnements sur des canaux spécifiques. Le nombre de canaux, leur largeur et leur emplacement sur le spectre électromagnétique varient d’un capteur à l’autre, donnant ainsi naissance à des caractéristiques de résolution spectrale et spatiale différentes.

A droite, vous voyez un schéma d’un scanner à bord d’un satellite en rotation. Les rayonnements émis par la zone balayée sur la Terre frappent un miroir, puis traversent un filtre optique qui sépare les différentes longueurs d’ondes. Les rayons filtrés frappent différents détecteurs, chacun mesurant la quantité de rayons correspondant à sa sensibilité particulière (canal). Il résulte de cette mesure un nombre qui quantifie la quantité de rayons sur chaque canal. Autrement dit, le scanner enregistre des données numériques. Pour chaque zone balayée, un nombre est affecté à chaque canal, l’ensemble constituant une matrice chorologique. Pris tous ensemble, les nombres correspondant aux différents canaux représentent la signature spectrale de la zone balayée.

Le miroir reflète les rayonnements émis par une zone carrée située à la surface de la Terre. La taille de la zone balayée et la résolution spatiale dépendent toutes deux de l’optique du satellite.

Le satellite tourne et avance sur son orbite. A chaque tour, une nouvelle ligne est balayée sur la Terre. Le satellite se déplaçant le long de sa trajectoire, un mécanisme d’ouverture permet d’admettre et d’exclure la lumière selon un motif défini, de manière à ce que les lignes balayées soient divisées en zones de balayage. C’est ainsi que sont recueillies des données qui permettent de construire une matrice chorologique. Les nombres qui figurent dans la matrice – les données numériques – sont transmis à des stations terrestres par une communication radio ordinaire.

En balayage longitudinal, un ensemble linéaire de détecteurs est orienté perpendiculairement par rapport à la direction du mouvement. Les satellites qui utilisent le balayage longitudinal ne tournent pas. Par conséquent, les détecteurs détectent la matrice chorologique au fur et à mesure que le satellite avance sur sa trajectoire.

Les satellites militaires les plus évolués peuvent balayer des zones de 10cm x 10cm, voire moins. La résolution spatiale proprement dite est gardée secrète, mais l’on sait qu’elle suffit à détecter des détails de très petite taille tels que des individus, des véhicules ou de petites installations.

Le satellite météo Meteosat a une résolution de 5km x 5km. S’il permet de visualiser moins de détails, il donne néanmoins une vue de l’ensemble d’un hémisphère en une seule image.
 
 
Hubbard glacier in the southeast of Alaska
Image radar du glacier de Hubbard, au Sud-Est de l’Alaska
Scanners multispectraux
 
Un système de capteurs radar émet les rayons qu’il enregistre. C’est pourquoi l’on parle de capteur actif. Les capteurs passifs, en revanche, dépendent de la lumière solaire et des émissions infrarouges thermiques qu’ils reçoivent. A titre d’exemple des systèmes passifs, nous citerons les capteurs multispectraux dont il était question plus haut.

Pour simplifier, le capteur radar envoie des impulsions d’énergie vers la surface de la Terre. Une partie de cette énergie est reflétée et revient sous forme de signal d’’écho’. La puissance de l’’écho’ renvoyé dépend de la rugosité et du degré d’humidité de la surface, ainsi que de l’orientation et de l’inclinaison du rayon radar. Le retard de l’’écho’ révèle la distance par rapport à la surface réfléchissante.

L’émission d’impulsions radar demande une énergie considérable au satellite. Elle est donc onéreuse et compliquée. Cela étant, le potentiel de la technologie radar est tel, qu’elle bénéficie de nombreux investissements et fait l’objet d’un développement permanent.

Les capteurs radar utilisent l’énergie émise à des longueurs d’ondes plus longues, capables de pénétrer les nuages et la brume et d’acquérir des images de nuit. Les capteurs radar offrent ainsi un avantage immense par rapport aux satellites passifs, qui sont perturbés par les nuages et ne peuvent acquérir des images détaillées qu’en présence de lumière solaire.

Les systèmes de capteurs radars sont utilisés à la fois à bord des avions et des satellites. Leurs images peuvent révéler des détails topographiques et, si une même zone est captée sous deux angles différents, la distance de l’objet par rapport au satellite peut être calculée, ce qui permet d’en inférer son altitude par rapport au niveau de la mer (interférométrie). Ces données peuvent ensuite être exploitées en cartographie 3D. Ces modèles de terrain sont utilisés, par exemple, pour le contrôle des missiles capables de trouver leur chemin vers leurs cibles. Le système de contrôle de missiles peut comparer le paysage au-dessus duquel il passe avec le modèle de terrain et naviguer automatiquement vers sa cible. Les données peuvent également être utilisées pour différentes applications, notamment pour évaluer les effets d’une inondation.
 
 

 


 
 
 
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