3.Importance croissante de la télédétection:
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:
3.1.2 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.
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.
3.3.1 conclusion du projet Hapex-Sahel
3.3.1. conclusion du projet Hapex-Sahel
Des modèles locaux aux modèles satellitaires, difficulté du passage à l'échelle. ORSTOM.
UTILISATION DE LA TELEDETECTION MULTISPECTRALE
POUR L'ESTIMATION DES COMPOSTANTS DU BILAN D'ENERGIE ET L'HUMIDITE DE SURFACE |
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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.
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.