%% nav-debut : généré par gen_navigation.py, ne pas modifier à la main %% > [!nav] > ↩ [[Géomatique/Télédétection/Bases de la télédétection/Bases de la télédétection|Accueil · Bases de la télédétection]] %% nav-fin %% # 1. Introduction : observer la Terre sans la toucher La télédétection est aujourd'hui au cœur des sciences de l'environnement. Qu'il s'agisse de suivre la déforestation amazonienne, d'observer l'évolution des glaciers, d'évaluer l'état de santé d'une forêt ou de surveiller la qualité des eaux continentales, les données acquises par satellites, drones ou avions sont devenues indispensables aux chercheurs. À l'issue de ce module, vous devrez être capables de comprendre comment sont acquises les images de télédétection, quelles informations elles contiennent, comment les interpréter et comment les transformer en connaissances utiles pour les géosciences, l'écologie et la gestion de l'environnement. Nous chercherons notamment à répondre aux questions suivantes : - Comment un satellite "voit-il" la Terre ? - Pourquoi une forêt n'apparaît-elle pas de la même manière qu'un lac sur une image satellitaire ? - Comment distinguer différents types de végétation ? - Quelles informations environnementales peut-on extraire à partir d'images spatiales ? - Quelles sont les limites de ces méthodes ? Lorsque nous regardons un paysage, nous faisons déjà de la télédétection sans nous en rendre compte. La lumière du Soleil éclaire les objets qui nous entourent. Une partie de cette énergie lumineuse est absorbée, une autre est réfléchie vers nos yeux. Notre cerveau interprète alors ces signaux et reconstruit une représentation du monde. La télédétection repose exactement sur le même principe. La différence est qu'au lieu d'utiliser nos yeux, on utilise des instruments placés sur des satellites, des avions, des drones ou des plateformes terrestres. > [!info] Définition > La télédétection peut être définie comme l'ensemble des techniques permettant d'obtenir des informations sur un objet ou un phénomène sans être en contact direct avec lui. Cette capacité à observer à distance présente un intérêt considérable. Elle permet notamment : - d'accéder à des régions difficiles d'accès ; - d'étudier des surfaces très étendues ; - de suivre l'évolution d'un phénomène dans le temps ; - de comparer des territoires à l'échelle régionale ou mondiale. À l'heure du changement climatique et de l'érosion de la biodiversité, cette vision globale de la planète est devenue un outil scientifique majeur. --- # 2. Les grands éléments d'un système de télédétection Pour comprendre le fonctionnement de la télédétection, il est utile d'imaginer le trajet parcouru par l'information depuis sa source jusqu'au scientifique qui analyse les données. ## Une source d'énergie Dans la majorité des cas, la source d'énergie est le Soleil. Les rayons solaires traversent l'atmosphère et viennent atteindre la surface terrestre. Cette énergie est alors absorbée ou réfléchie selon la nature des objets rencontrés. Dans certains cas, le capteur produit lui-même cette énergie. C'est notamment le cas des radars ou des systèmes LiDAR. On parle alors de télédétection active. ## Un trajet à travers l'atmosphère Avant d'atteindre le sol puis de revenir vers le capteur, le rayonnement traverse l'atmosphère. Ce trajet n'est pas neutre. Une partie de l'énergie est absorbée par les gaz atmosphériques, tandis qu'une autre partie est diffusée par les molécules et les aérosols. Ces interactions influencent fortement la qualité des données acquises et expliquent pourquoi certaines corrections seront nécessaires lors du traitement des images. ## Une cible observée La cible correspond à l'objet étudié. Selon les applications, il peut s'agir d'une forêt, d'un glacier, d'une culture agricole, d'un lac, d'un sol nu, d'une zone urbaine. Chaque type de surface possède des propriétés physiques particulières qui modifient la manière dont elle réfléchit ou absorbe l'énergie reçue. ## Un capteur Enfin, l'énergie réfléchie ou émise par la cible est enregistrée par un capteur. Celui-ci convertit le signal physique en signal numérique. Les données ainsi produites peuvent ensuite être stockées, traitées et analysées. Les deux types principaux sont les capteurs actifs vs capteurs passifs. >[!IMPORTANT] Capteurs passifs >Les capteurs passifs enregistrent l'énergie naturelle, du Soleil majoritairement, mais aussi des objets, qui peuvent émettre des ondes thermiques par exemple. >Ils ne peuvent donc être utilisés qu'en présence d'énergie solaire, en journée. >Exemples : satellites Landsat, Sentinel-2, appareils photographiques >[!IMPORTANT] Capteurs actifs > Ils émettent leur propre énergie. > Exemple : radar, lidar --- # 3. Les plateformes d'observation Les capteurs peuvent être embarqués sur différentes plateformes. ### 3.1 Satellites Les satellites constituent aujourd'hui les outils les plus utilisés pour l'observation globale de l'environnement. Ils permettent de couvrir l'ensemble de la planète de manière régulière et standardisée. #### Exemples : - Sentinel-2 ; - Landsat ; - MODIS ; - Pléiades. #### Avantages : - couverture importante ; - archives temporelles longues ; - répétitivité. #### Limites : - dépendance à la météo ; - résolution parfois insuffisante. ### 3.2 Avions Les avions offrent quant à eux une plus grande flexibilité et permettent souvent d'obtenir des données de très haute qualité, notamment en hyperspectral ou en LiDAR. #### Avantages : - très haute résolution ; - acquisition flexible. #### Limites : - coût élevé ; - couverture limitée. ### 3.3 Drones Depuis quelques années, les drones ont profondément transformé les pratiques scientifiques. Leur faible coût et leur facilité d'utilisation permettent de réaliser des observations très détaillées sur des surfaces limitées. #### Avantages - très haute résolution spatiale ; - acquisition à la demande ; - grande flexibilité. #### Limites - faible couverture ; - contraintes réglementaires. Enfin, les mesures de terrain demeurent indispensables. Elles servent à calibrer et à valider les informations issues de l'imagerie. La télédétection ne remplace donc jamais complètement l'observation directe ; elle la complète. --- # 4. Le rayonnement électromagnétique L'information exploitée en télédétection repose essentiellement sur le rayonnement électromagnétique. Ce rayonnement est une forme de transfert d'énergie qui se propage sous forme d'onde. Deux paramètres permettent de le caractériser : - la longueur d'onde λ : la distance entre deux crêtes successives d'une onde, - la fréquence ν : le nombre d'oscillations par seconde. Plus la longueur d'onde augmente, plus la fréquence diminue. Ces deux grandeurs sont reliées par la vitesse de propagation de la lumière. Pour le télédétecteur, l'information essentielle est la quantité d'énergie enregistrée pour différentes longueurs d'onde. --- # 5. Les données enregistrées : le rayonnement électromagnétique ## 5.1. Le spectre électromagnétique L'œil humain n'est capable de percevoir qu'une très faible portion du spectre électromagnétique : le domaine visible. Les capteurs modernes sont beaucoup plus performants. Ils peuvent enregistrer l'énergie dans : - le visible ; - le proche infrarouge ; - l'infrarouge moyen ; - l'infrarouge thermique ; - les micro-ondes. >[!info] Chaque portion du spectre fournit des informations différentes. >Le proche infrarouge est particulièrement utile pour étudier la végétation. > L'infrarouge thermique renseigne sur la température des surfaces. > Les micro-ondes utilisées par les radars permettent quant à elles d'observer la Terre même en présence de nuages ou pendant la nuit. Le choix des longueurs d'onde observées dépend donc directement des phénomènes que l'on souhaite étudier. ## 5.2 Les interactions rayonnement-matière ## 5.3 Les signatures spectrales : la carte d'identité des surfaces L'un des concepts fondamentaux de la télédétection est celui de signature spectrale. Chaque matériau interagit différemment avec le rayonnement. Si l'on représente graphiquement la proportion d'énergie réfléchie en fonction de la longueur d'onde, on obtient une courbe caractéristique : la signature spectrale. Cette signature peut être considérée comme une véritable carte d'identité physique. L'eau présente généralement une très faible réflectance, notamment dans le proche infrarouge. Elle apparaît donc sombre sur de nombreuses images satellitaires. Les sols montrent des comportements plus variables selon leur humidité, leur composition minérale ou leur texture. La végétation possède quant à elle une signature particulièrement remarquable. Les pigments chlorophylliens absorbent fortement l'énergie dans les domaines bleu et rouge, tandis qu'ils réfléchissent fortement le proche infrarouge. Cette propriété est à la base de nombreux indices de végétation utilisés aujourd'hui en écologie, en agriculture ou dans le suivi des forêts. Plus la résolution spectrale d'un capteur est élevée, plus il devient possible de distinguer des différences fines entre des espèces végétales ou entre différents états physiologiques d'une même plante. Exemple du NDVI : \[ NDVI = \frac{PIR - Rouge}{PIR + Rouge} \] --- # 6. Les images numériques Une image satellitaire n'est rien d'autre qu'une immense grille de mesures, où chaque cellule est appelée pixel. À chaque pixel correspond une valeur numérique représentant l'énergie enregistrée par le capteur. Contrairement à une photographie classique, une image de télédétection ne se limite pas à trois couleurs. Elle peut contenir plusieurs bandes spectrales observant chacune une portion spécifique du spectre électromagnétique. L'ensemble de ces bandes constitue la matière première de l'analyse. ## 6.1. Les quatre résolutions fondamentales Lorsqu'on compare deux systèmes d'observation de la Terre, il est indispensable de caractériser leurs résolutions. ### La résolution spatiale >[!info] Résolution spatiale > La résolution spatiale correspond à la taille du plus petit détail observable. Souvent, elle corresponds à la taille du pixel Une image Sentinel-2 possède par exemple des pixels de 10 mètres pour certaines bandes. Cela signifie qu'un pixel représente une surface de 10 m × 10 m au sol. Plus les pixels sont petits, plus les détails observables sont nombreux. | Satellite | Résolution | | :--------- | :--------: | | Sentinel-2 | 10 m | | Landsat | 30 m | | Pléiades | 0,5 m | ### La résolution spectrale >[!info] Résolution spectrale >La résolution spectrale décrit la capacité d'un capteur à distinguer différentes longueurs d'onde. Un capteur possédant de nombreuses bandes étroites sera capable de mettre en évidence des variations très fines dans les propriétés des surfaces observées. C'est le principe de l'imagerie hyperspectrale, où les images sont composées de 255 bandes. Le multispectral corresponds à des images composées de 5 à 25 bandes environ. ### La résolution radiométrique >[!info] Résolution radiométrique >La résolution radiométrique correspond à la capacité du capteur à distinguer de faibles différences d'intensité. Un capteur codé sur 8 bits peut enregistrer 256 niveaux différents. Un capteur codé sur 16 bits peut en enregistrer plus de 65 000. Cette précision supplémentaire permet de détecter des variations beaucoup plus subtiles, cependant les fichiers seront beaucoup plus lourds. ### La résolution temporelle >[!info] Résolution temporelle >La résolution temporelle représente le temps séparant deux observations successives. Il est aussi appelé le temps de revisite. Elle est particulièrement importante lorsque l'on cherche à suivre des phénomènes dynamiques : - croissance de la végétation ; - sécheresse ; - inondations ; - feux de forêt ; - évolution des glaciers. La notion de résolution temporelle est devenue centrale dans l'étude des changements environnementaux. La fréquence de revisite dépends du satellite, par exemple Landsat a une fréquence de revisite de 16 jours environ, et Sentinel-2 de 5 jours environ. --- # 7. Applications aux sciences de la vie et de la Terre Les applications de la télédétection sont extrêmement nombreuses. ## Observer les écosystèmes La télédétection permet de cartographier les habitats naturels, de suivre l'évolution de la couverture végétale et de mesurer les transformations des paysages. Elle fournit une vision synoptique impossible à obtenir uniquement par des observations de terrain. ## Étudier la biodiversité L'étude de la biodiversité ne se limite pas au recensement des espèces. Comprendre l'organisation spatiale des habitats est tout aussi important. Les images satellites permettent notamment d'évaluer : - la fragmentation des milieux ; - leur connectivité ; - leur évolution au cours du temps. ## Surveiller les feux de forêt Les incendies constituent un exemple spectaculaire d'application. Les capteurs optiques détectent les fumées et les surfaces brûlées. Les capteurs thermiques localisent les foyers actifs et estiment leur température. Les satellites offrent ainsi une surveillance quasi continue des grands feux à l'échelle mondiale. ## Étudier les ressources en eau Les lacs, rivières et zones humides constituent des indicateurs précieux de l'état des écosystèmes. La télédétection permet d'observer leur extension, d'évaluer certains paramètres de qualité des eaux et de suivre les phénomènes d'eutrophisation. ## Agriculture et sécurité alimentaire Les données spatiales permettent aujourd'hui de surveiller l'état des cultures presque en temps réel. Elles sont utilisées pour détecter des déficits hydriques, estimer les rendements ou identifier des zones potentiellement affectées par des maladies. ## Changement climatique L'une des fonctions majeures de la télédétection est de documenter les transformations de la planète. Fonte des glaciers, désertification, déforestation, augmentation des événements extrêmes ou modification de la phénologie des végétaux sont autant de phénomènes qui peuvent être suivis grâce aux observations spatiales. --- # 7. Du pixel à l'information : le traitement des images Une image brute ne constitue qu'une mesure physique du rayonnement réfléchi. Pour produire de l'information scientifique, plusieurs étapes sont nécessaires. Tout commence par des prétraitements visant à corriger les effets liés au capteur, à l'atmosphère ou à la géométrie de l'acquisition. ### 7.1 Prétraitement #### Corrections radiométriques Elles ont pour but de supprimer les effets instrumentaux et d'homogénéiser les données. #### Corrections atmosphériques Elles ont pour but d'éliminer l'influence de l'atmosphère et d'obtenir la réflectance de surface. #### Corrections géométriques Elles ont pour but d'améiorer le positionnement géographique et de permettre la superposition avec d'autres données. #### Géoréférencement Les images sont ensuite géoréférencées pour pouvoir les traiter en parallèle d'autres données. ### 7.2 Photo-interprétation Une fois ces corrections réalisées, l'image peut être analysée. Les images fournies par les agences comme l'ESA ou la NASA sont la plupart du temps déjà pré-traitées, on appelle ça le niveau L-2 des images. La première approche consiste souvent à effectuer une photo-interprétation, c'est-à-dire une analyse visuelle. L'observateur mobilise alors sa connaissance du terrain pour identifier les objets présents. Il va se baser sur les éléments suivants : couleur, texture, forme, taille, contexte et ombres. ### 7.3 Classifications supervisées et non-supervisées Les approches modernes reposent toutefois de plus en plus sur l'analyse numérique. Des indices spectraux peuvent être calculés afin de caractériser certaines propriétés biophysiques. L'exemple le plus célèbre est le NDVI, largement utilisé pour décrire l'activité photosynthétique et l'état de santé de la végétation. Les méthodes de classification permettent ensuite de transformer les pixels en catégories thématiques, par exemple zones urbaines, eau continentale, forêts etc. Cette étape produit une véritable carte d'occupation du sol directement exploitable dans un système d'information géographique. Ces cartes s'appelle les cartes LU/LC pour Land Use/Land Cover. >[!important] Classification supervisée >L'utilisateur fournit des échantillons de référence. >Exemple d'algorithmes : Maximum Likelihood, Nearest Neighbor, SVM, Random Forest >[!IMPORTANT] Classification non supervisée >L'algorithme crée automatiquement les groupes. >Exemples : ISODATA, K-Means. Enfin, toute analyse doit être validée à l'aide d'observations de terrain ou de données de référence afin d'évaluer sa précision. ### 7.4 Validation des résultats On va comparer sur un échantillon de résultats l'exactitude de ceux-ci. Pour cela il est nécessaire d'avoir des données de terrain. On va ainsi créer une matrice de confusion, dans laquelle seront comparées pour chaque pixel la classe prédite avec les observations de terrain. Les indicateurs d'exactitude sont sous la forme d'un pourcentage de pixels correctement classés, ou d'un coefficient Kappa. --- # Conclusion En quelques décennies, la télédétection est passée du statut de technologie spécialisée à celui d'outil incontournable pour les sciences de l'environnement. Elle permet aujourd'hui d'observer la Terre à des échelles allant de la feuille d'un arbre jusqu'à la planète entière. Pour les biologistes, les écologues, les géologues, les hydrologues ou les gestionnaires de l'environnement, elle constitue un moyen unique de relier les observations de terrain aux grands changements globaux. Comprendre les principes de la télédétection, ce n'est donc pas seulement apprendre à analyser des images. C'est acquérir une nouvelle manière d'observer, de mesurer et de comprendre le fonctionnement de la Terre. Dernière mise à jour : `31 août 2026` Rédigé par : [[Réjanne LE BIVIC]] %% nav-debut : généré par gen_navigation.py, ne pas modifier à la main %% > [!nav] > ↩ [[Géomatique/Télédétection/Bases de la télédétection/Bases de la télédétection|Accueil · Bases de la télédétection]] %% nav-fin %%