Introduction :

De nombreuses utilisations des satellites sont donc possibles. Et si depuis quelques années ceux-ci sont surtout utilisés pour la télétransmission de données et la gestion en temps réel (en Europe essentiellement), les applications des observations de la surface terrestre sont également très prometteuses.

En effet, l'imagerie satellitaire connaît actuellement un essor considérable grâce aux nombreuses utilisations dans les domaines les plus variés des Systèmes d'Informations Géographiques. Ces systèmes d'informations consistent en une numérisation des images observées, ce qui permet par la suite la superposition de plusieurs plans (relief et réseau eau potable par exemple) et un meilleur traitement des données et résultats de simulations.

De plus, ces systèmes permettrons sans doute l'insertion de données satellites au sein même des logiciels de modélisation. Et c'est également dans cette perspective que le progrès en termes de temps d'observation et de précision du pixel mènera à un essor des images satellites dans le but d'obtenir à long terme des modèles d'écoulements globaux susceptibles de tourner en temps réel.

3.1. Images satellites /Paramètres utiles:

3.1.1 Modèle climatique:

3.1.2 Modèle hydrologique :cartographie

Introduction :

L'observation de la terre par un satellite permet d'accéder à plusieurs paramètres de surface qui sont utilisés dans différents modèles. Suivant le type de satellites utilisés, les paramètres accessibles varient. En effet, les satellites émettent un signal dans une certaine longueur d'onde puis reçoivent la réponse de la terre à ce signal. Le traitement du signal réfléchit permet alors d'obtenir les paramètres mentionnés.
Suivant la longueur d'onde utilisée par le satellite et le couvert nuageux au moment de l'observation, les images obtenus sont plus ou moins nettes et le traitement des images est alors incertain.

3.1.1 Modèle climatique:

Tout d'abord, une meilleure connaissance de la surface du sol est nécessaire pour améliorer les modèles de prévisions climatiques. Or de nombreux paramètres sont accessibles grâce à l'observation par satellites.

L'expérience Hapex-Sahel utilise des images satellites selon le principe suivant: le satellite placé à très haute altitude, émet un signal vers la terre dans une certaine gamme de longueur d'onde et il reçoit le signal réfléchit par la terre et renvoyé dans la direction du satellite. Le traitement du signal réfléchit permettant d'accéder à ces différents paramètres consistent en une inversion matricielle d'un problème tridimensionnel à deux paramètres.

Images obtenues au cour de l'expérience Hapex-Sahel:

- Image 1 : mesures de réflexion avant et après correction atmosphérique

- Image 2 : réflexion atmosphérique

- Image 3 : graphique de la transmission atmosphérique

- Image 4 : comparaison des longueurs d'ondes

Paramètres obtenus par traitement du signal :

Albédo terrestre :
L'albédo correspond à l'intégration du coefficient de réflexion sur un hémisphère. Ce coefficient est très important pour les modèles climatiques, sa détermination est d'autant plus difficile qu'il dépend étroitement du couvert nuageux et de la longueur d'onde utilisée pour le signal (infra-rouges ou visible).

En général, on utilise pour une large bande spectral la formule:
A= 0.36*A(visible)+0.73*A(infra-rouge)-0.7

Coefficient de végétation:
Le coefficient de végétation ou taux de végétation est un paramètre clé pour la paramétrisation de la couche limite atmosphérique. Il quantifie les pourcentages relatifs de sol nu et de sol occupé, et il est nécessaire pour évaluer les échanges d'eau et d'énergie à la surface.

Avec Cf le coefficient de végétation
Ko : réflexion lorsque le soleil est à son zénith (donné par le satellite)
R(vég) et R(nu) les coefficients de réflexion respectivement de la végétation et du sol nu :
on a Ko = Cf*R(vég)+(1-Cf)*R(nu)

En pratique, pour minimiser les incertitudes, on effectue donc la différence des deux paramètres extrêmes (sur la plage de longueur d'onde) :
DVI=Ko(864nm) - Ko(670nm)
soit : DVI = 0.442*Cf + 0.046

Coefficient folière ou LAI (leaf area index) :
Le coefficient folière est également un paramètre important contrôlant les processus physiques, biologiques et hydrologiques au sein du couvert végétal. Ce coefficient est souvent lié au taux d'interception des radiations par photosynthèse.

Taux quotidien d'absorption par photosynthèse:
Ce taux correspond à l'intégration sur toute une journée de la quantité de radiation solaire absorbée par photosynthèse. C'est à dire la quantité de radiation interceptée moins la quantité de radiation réfléchit.
Ce coefficient est un paramètre clé pour la connaissance des flux de dioxyde de carbone à la surface.

Coefficient de frottement :
L'estimation d'une échelle d'hétérogénéité en ce qui concerne le frottement à la surface du sol est nécessaire pour la modélisation de modèles climatiques. En effet, il renseigne sur la production de la turbulence au sein de la couche limite.

3.1.2 Modèle hydrologique :cartographie

A l'échelle de petits bassins versant sahéliens, les informations potentiellement utilisables en hydrologie concernent la connaissance spatiale à une date donnée de l'occupation du sol et de la végétation et la connaissance temporelle de leur évolution au travers d'images multidates.

La première étape d'une modélisation spatialisée des ruissellements consiste à mettre en œuvre une cartographie des états de de surface d'un bassin versant. Pour cette cartographie, deux observations des images satellites sont nécessaires: une première observation décodant les images satellites en plan élémentaires (végétation, sols, occupation du sol) et une seconde servant à déterminer la composition statistique en surfaces-types élémentaires.

Cartographie:Exemple de maillage/Reconnaissance de réseau

Les étapes suivantes d'une modélisation spatialisée sont la prise en compte de la variabilité spatiale et temporelle des pluies, et enfin l'évolution saisonnière des états de surface (développement de la végétation, travaux culturaux).

Pour ces différents types de modèle, la numérisation des images satellites (c'est à dire l'enregistrement numérique des caractéristiques de la surface du sol), est une évolution de l'observation.

3.2. Systèmes d'Informations Géographiques:

Les motivations principales de mise en circulation d'un satellite furent le plus souvent l'observation de la terre (pour le climat), le positionnement des navigateurs (systèmes GPS) et la communication (téléphones, transmission de données).

Depuis quelques années, la numérisation d'images satellites connaît un essor extraordinaire. En effet, cette numérisation permet une gestion avancée de multiples réseaux situées sur ces zones.
Pour un réseau de distribution d'eau potable par exemple, les images satellites numérisées devenues alors des Systèmes d'Informations Géographiques présentent un intérêt considérables.
L'entrée des caractéristiques du réseau se fait alors beaucoup plus simplement (le logiciel reconnaît tout seul les côtes des nœuds et les longueurs des conduites), le traitement des résultats et la gestion du réseau sont également simplifiés par un interface très agréable où l'on reconnaît la géographie des sites.

L'obtention de Systèmes d'Informations Géographiques sera sans doute dans les années à venir une utilisation primordiale des satellites. En effet, ces informations permettent une meilleure gestion du territoire à tout point de vue. On peut imaginer que dans quelques décades la totalité du territoire terrestre sera numérisé.

Exemple d'interfaces de Systèmes d'Informations Géographiques:

L'intérêt essentiel des système d'information géographique, est non seulement la possibilité de superposer des plans et donc d'avoir une interface plus agréable; mais surtout les caractéristiques de tous les plans superposés sont enregistrées et l'on peut effectuer très facilement des traitements statistiques de données et de résultats obtenus par simulation.
 

3.3. Perspectives d'avenir:

3.3.1 conclusion du projet Hapex-Sahel

3.3.2. Données satellites :

3.3.1. conclusion du projet Hapex-Sahel

Des modèles locaux aux modèles satellitaires, difficulté du passage à l'échelle. ORSTOM.

Résumé:
La télédétection se situe exactement à l'intersection de l'hydrologie et de la climatologie. L'étude du cycle de l'eau renseigne les météorologues, tandis que les visions globales de climat est d'un grand intérêt lors des études hydrauliques. Une jonction entre les deux domaines est donc souhaitable. Mais étant donné qu'elle se focalisent sur différentes échelles, cette jonction nécessiterait l'adaptation de chacun des deux domaines. Il conviendrait de concevoir des modèles hydrauliques à grande extension, tandis qu'on restreindrait les échelles couvertes par la météorologie.

Introduction:
Ce projet se limitera aux prospectives susceptibles de se répercuter sur l'hydrologie. On focalisera sur une région où les échanges d'énergie et d'eau sont hautement importants et dont les conséquences se font sentir sur tout le globe. Notre étude sera axée sur trois parties:
Présentation des problèmes liés aux phénomènes tropicaux.
Listing et description des expériences proposées en guise de solutions
Apport de la télédétection pour les années à venir.

Phénomènes actuels dans les tropiques:
Les captures satellitaires actuelles fournissent divers renseignements météorologiques sur les échanges atmosphère/terre.Le plus souvent, elles s'appuient couvrent des surfaces énormes, ce qui renseigne globalement sur les divers phénomènes, ce qui n'est pas forcément la meilleure façon de les approcher. On constate ainsi la déficience de la description d'El Nino par exemple. A l'inverse, les modèles forcés par la température de surface de la mer. Mais le couplage océan/atmosphère n'est pas toujours évident à faire. Dans le cas de l'Afrique, même ce couplage ne fournit pas de réponse satisfaisante.

Les apports de la télédétection:
Malgré l'apport actuel de la télédétection, les mesures ne sont jamais quantitatives et ne permettent qu'une analyse qualitative des phénomènes étudiés. Elles demeurent inexploitées dans les équations et les bilans.
D'un autre coté, plusieurs inconnues sont beaucoup mieux mesurées à l'échelle locale restreinte qu'à échelle globale satellitaire. Ainsi, la précision sur les différentes grandeurs issues des acquisitions satellitaires est souvent limitée. Pour la température par exemple, il est impossible de prévoir d'éventuelles instabilités, ni les inversions possibles. Les humidités sont, pour leur part, mieux déterminées par micro-ondes.

Conclusion :
Pour le projet Hapex-Sahel, l'utilisation des images satellites a permis d'évaluer certains paramètres de surface. Mais les difficultés de changement d'échelles sont tout de même présentes, la pluviométrie par exemple est un des paramètres difficile à évaluer.
Les satellites peuvent s'avérer un outil intéressant dans cet intérêt, une observation plus longue et plus précise pourrait permettre d'évaluer la variabilité spatiale et temporelle de ces paramètres délicats.

3.3.2. Données satellites :

a. Développement des SIG: 

Comme nous l'avons dit précédemment, les Systèmes d'Information Géographique sont destinés à se développer très rapidement. Car même si la nécessité de recourir à ces systèmes d'informations n'est pas flagrante, on aura tendance à l'utiliser pour faciliter les interfaces.

Ces SIG concernent actuellement les pays européens, mais c'est dans un souci de gestion de la ressource en eau à l'échelle des bassins versants (et même peut être dans quelques années à l'échelle des continents puis du globe tout entier) qu'ils se développeront dans les pays en voie d'industrialisation.

b. Morphologie des bassin versants :

La détermination des caractéristiques d'un bassin versant par l'intermédiaire d'images satellites est un point très intéressant également.

Pour des modélisations hydrologiques de bassins versants, l'introduction d'images satellites en tant que données permettrait la reconnaissance des limites du bassin. L'accession aux limites du bassin versant est pour des bassins versants très vastes un progrès déjà considérables. C'est sans doute dans ce but que les hydrologues contacteront les propriétaires d'images satellites.

Caractéristiques de bassins versants:

L'évolution de l'utilisation des images satellites dans les modèles de calcul hydrologique est bien sur dans l'évolution temporelle de certaines caractéristiques du bassin.
En effet, si la morphologie ne change que très peu (à l'échelle du siècle), l'humidité du sol ou l'infiltration, sont des paramètres qui varient à des échelles quotidiennes. Leur évolution peu donc avoir des conséquences importantes sur le fonctionnement du bassin.

De plus, on peu également étudier l'évolution du paramètre de base du fonctionnement d'un bassin : La pluviométrie.
La pluviométrie varie comme on le sait dans le temps, les mesures sur le terrain permettent d'avoir une estimation de ces évolutions; mais la variabilité spatiale de la pluviométrie est aussi un enjeu important de la télédétection. On a parfois tendance à supposer la pluviométrie uniforme mais c'est une hypothèse très forte, souvent trop forte pour avoir une bonne idée du fonctionnement du bassin.

La variabilité spatiale des caractères pluvieux est donc un enjeu important pour la télédétection, on peu imaginer plus tard des modèles hydrologiques estimant la pluie qui tombe en tant réel grâce à des images satellites, puis calculant immédiatement les conséquences ultérieures sur le réseau hydrographique de manière à intervenir le plus rapidement sur les sites à risques.

Image du réseau hydrographique toulousain :

c. Gestion des événements à risques (inondations) :

Les images satellites représentent également un intérêt dans la compréhension d'événements catastrophiques tels que l'inondation de Nîmes. En effet, si les satellites peuvent donner une image des surfaces inondées et suivre leur évolution, les spécialistes seront à même de suivre l'évolution de l'eau et donc d'en déduire la cause.

Image satellite de la camargue :

Comparaison d'une journée humide et d'une journée sèche:

d. Pollution :

La pollution des nappes phréatiques étant un enjeu majeur de la gestion des eaux dans les pays industrialisés, l'étude des cartographies des teneurs en nitrates ou autres sera sans doute une des utilisations des données satellites.