Notions Fondamentales de Télédétection Pr. Abderrazak El Harti Equipe de télédétection et SIG Faculté des sciences et techniques, Béni Mellal, Maroc elharti_abder@yahoo. fr ou elharti@fstbm. ac. ma 2 1. Introduction 6 1. 1 Qu’est-ce que lat dz _ , S. v. p next page 1. 2 Le rayonnement 1. 3 Le spectre électr 1. 4 Interactions avec l’atmosphère 1. 5 Interactions rayonnement-cible 1. 6 Détection passive et active 1. 7 Caractéristiques des images 2. Capteurs 2. 1 Sur Terre, dans l’air et dans l’espace 2. Caractéristiques orbitales 2. 3 Résolution 2. 4 Résolution spectrale 2. 5 Résolution radiométrique 2. Résolution temporelle 2. 7 Photographie 2. 8 Balayage multispectral 2. 9 Infrarouge thermique 2. 10 Distorsion géométrique l’énergie Incidente et les cibles. Le processus de la télédétection au moyen de systèmes imageurs comporte les sept étapes que nous élaborons ci-après. Notons cependant que la télédétection peut également impliquer l’énergie émise et utiliser des capteurs non-imageurs. 1.
Source d’énergie ou d’illumination (A) – À l’origine de tout processus de télédétection se trouve nécessairement une source d’énergie pour illuminer la cible. 2. Rayonnement et atmosphère (B) – Durant son parcours entre la ource dénergie et la cible, le rayonnement interagit avec l’atmosphère. Une seconde interaction se produit lors du trajet entre la cible et le capteur. 3. Interaction avec la cible (C) – Une fois parvenue à la cible, l’énergie interagit avec la surface de celle-ci. La nature de cette interaction dépend des caractéristiques du rayonnement et des propriétés de la surface. ou elharti@fstbm. ac. a 4 4 Enregistrement de l’énergie par le capteur (D) – Une fois l’énergie diffusée ou émise par la cible, elle doit être captée à distance (par un capteur qui n’est pas en contact avec la cible) pour être enfin enregistrée. . Transmission, réception et traitement (E) – L’énergie enregistrée par le capteur est transmise, souvent par de troniques, à une station 2 OF obtenir sur la cible. 7. Application (G) – La dernière étape du processus consiste ? utiliser l’information extraite de l’image pour mieux comprendre la cible, pour nous en faire découvrir de nouveaux aspects ou pour aider à résoudre un problème particulier.
Ces sept étapes couvrent le processus de la télédétection, du début à la fin. 1. 2 Le rayonnement électromagnétique Premièrement, une source d’énergie sous forme de rayonnement électromagnétique est écessaire pour illuminer la cible, à moins que la cible ne produise elle-même cette énergie. Selon la théorie des ondes, tout rayonnement électromagnétique possède des propriétés fondamentales et se comporte de façon prévisible. Le rayonnement électromagnétique est composé d’un champ électrique (E) et d’un champ magnétique (M).
Le champ électrique varie en grandeur et est orienté de façon perpendiculaire à la direction de propagation du rayonnement. Le champ magnétique est orienté de façon perpendiculaire au champ électrique. Les deux champs se déplacent à la vitesse de la lumière (c). our comprendre la télédétection, il est indispensable de saisir les deux composantes du rayonnement électromagnétique qui sont la longueur d’onde et la fréquence. 5 3 que les nanomètres (nm, 10-9 mètre), micromètres (gm, 10-6 mètre) ou centimètres (cm, 10-2 mètre). La fréquence représente le nombre d’oscillations par unité de temps.
La fréquence est normalement mesurée en Hertz (Hz) à-d. en oscillations par seconde) ou en multiples de Hertz. La formule suivante illustre la relation entre la longueur donde et la fréquence La longueur d’onde et la fréquence sont donc inversement roportionnelles, c’est-à-dire que plus la longueur d’onde est petite, plus la fréquence est élevée, et plus la longueur d’onde est grande, plus la fréquence est basse. Afin de comprendre l’information tirée des données de télédétection, il est essentiel de bien saisir les caractéristiques du rayonnement électromagnétique.
Nous examinerons maintenant la classification du rayonnement électromagnétique. 1. 3 Le spectre électromagnétique Le spectre électromagnétique s’étend des courtes longueurs donde (dont font partie les rayons gamma et les rayons X) aux grandes longueurs d’onde (micro-ondes et ondes radio). La télédétection utilise plusieurs régions du spectre 6 4 OF BE d’autres dispositifs de télédétection. Les longueurs d’onde visibles s’étendent de à 0,7 mm. La couleur qui possède la plus grande longueur d’onde est le rouge, alors que le violet a la plus courte.
Les longueurs d’onde du spectre visible que nous percevons comme des couleurs communes sont énumérées ci-dessous. Il est important de noter que c’est la seule portion du spectre que nous pouvons associer à la notion de couleurs. Violet : 0,4 – 0,446 pm Bleu : 0,446 – 0,500 um vert : 0,500 – 0,578 pm Jaune : 0,578 – 0,592 pm Orange : 0,592 – 0,620 pm Rouge : 0,620 – um 7 Le bleu, le vert et le rouge sont les couleurs (ou les longueurs d’onde) primaires du spectre visible. Une couleur primaire ne peut être créée par deux autres couleurs, mais toutes les autres couleurs peuvent être créées en combinant les couleurs primaires.
Même si nous voyons la lumière du Soleil comme ayant une couleur uniforme ou homogène, en réalité, elle est composée d’une variété de longueurs d’onde dans les parties de l’ultraviolet, du visible, et de Equipe de télédétection et s OF s’étend approximativement de à 100 pm, ce qui est un intervalle environ 100 fois plus large que le pectre visible. L’infrarouge se divise en deux catégories: IR réfléchi et IR émis ou thermique. Le rayonnement dans la région de l’infrarouge réfléchi est utilisé en télédétection de la même façon que le rayonnement visible.
L’infrarouge réfléchi s’étend approximativement de 0,7 à 3 pm. L’infrarouge thermique est très différent du spectre visible et de l’infrarouge réfléchi. Cette énergie est essentiellement le rayonnement qui est émis sous forme de chaleur par la surface de la Terre et s’étend approximativement de 3 à 100 pm. 9 Depuis quelques temps, la région des hyperfréquences suscite eaucoup d’intérêt en télédétection. Cette région comprend les plus grandes longueurs d’onde utilisées en télédétection et s’étend approximativement de 1 mm à 1 m.
Les longueurs d’onde les plus courtes possèdent des propriétés semblables à celles de l’infrarouge thermique, tandis que les longueurs d’onde les plus grandes ressemblent aux ondes radio. La nature particulière des hyperfréquences et l’importance qu’elles revêtent pour la télédétection, nous ont incités à leur consacrer un chapitre entier du résent cours. 6 OF BE la Terre, celui-ci doit traverser une certaine épaisseur d’atmosphère. Les particules et les gaz dans l’atmosphère peuvent dévier ou bloquer le rayonnement incident.
Ces effets sont causés par les mécanismes de diffusion et d’absorption. La diffusion se produit lors de l’interaction entre le rayonnement incident et les particules ou les grosses molécules de gaz présentes dans l’atmosphère. Les particules dévient le rayonnement de sa trajectoire initiale. Le niveau de diffusion dépend de plusieurs facteurs comme la longueur donde, la densité de particules et de molécules, et l’épaisseur de l’atmosphère que le rayonnement doit franchir. Il existe trois types e diffusion : • la diffusion de Rayleigh • la diffusion de Mie • la diffusion non-sélective. 1 La diffusion de Rayleigh se produit lorsque la taille des particules est inférieure à la longueur d’onde du rayonnement. Celles-ci peuvent être soit des particules de poussière ou des molécules d’azote ou d’oxygène. La diffusion de Rayleigh disperse et dévie de façon plus importante les courtes longueurs d’onde que les grandes longueurs d’onde. Cette forme de diffusion est prédominant ches supérieures de E lever du Soleil, le rayonnement doit parcourir une plus grande distance à travers ‘atmosphère qu’au milieu de la journée. La diffusion des courtes longueurs d’onde est plus importante.
Ce phénomène permet à une plus grande proportion de grandes longueurs d’onde de pénétrer l’atmosphère. 12 On parle de diffusion de Mie lorsque les particules sont presque aussi grandes que la longueur d’onde du rayonnement. Ce type de diffusion est souvent produite par la poussière, le pollen, la fumée et l’eau. Ce genre de diffusion affecte les plus grandes longueurs d’onde et se produit surtout dans les couches inférieures de l’atmosphère où les grosses particules sont plus abondantes. Ce processus domine quand le ciel est ennuagé. Le troisième type de diffusion est celui de la diffusion non- sélective.
Ce genre de diffusion se produit lorsque les particules (les gouttes d’eau et les grosses particules de poussière) sont beaucoup plus grosses que la longueur d’onde du rayonnement. Nous appelons ce genre de diffusion « non-sélective », car toutes les longueurs d’onde sont dispersées. Les gouttes d’eau de l’atmosphère dispersent le bleu, le vert, et le rouge de façon presque égale, ce qui produit un rayonnement blanc (lumière bleue + verte + rouge = lumière blanche). C’est pourquoi I BE molécules de l’atmosphère (ozone, bioxyde de carbone et vapeur d’eau) absorbent l’énergie de diverses longueurs d’onde.
L’ozone absorbe les rayons ultraviolets qui sont néfastes aux êtres vivants. Sans cette couche de protection dans l’atmosphère, notre peau brûlerait lorsqu’elle est exposée au Soleil. Vous avez peut-être entendu dire que le bioxyde de carbone est un gaz qui contribue à l’effet de serre. Ce gaz absorbe beaucoup de rayonnement dans la portion infrarouge thermique du spectre et emprisonne la chaleur dans l’atmosphère. 13 La vapeur d’eau dans l’atmosphère absorbe une bonne partie du ayonnement infrarouge de grandes longueurs d’onde et des hyperfréquences de petites longueurs d’onde qui entrent dans l’atmosphère (entre 22pm et 1 m).
La présence d’eau dans la partie inférieure de l’atmosphère varie grandement d’un endroit à l’autre et d’un moment à l’autre de l’année. Par exemple, une masse d’air au-dessus d’un désert contient très peu de vapeur d’eau pouvant absorber de l’énergie, tandis qu’une masse d’air au-dessus des tropiques contient une forte concentration de vapeur d’eau. Parce que ces gaz et ces p rbent l’énergie les caractéristiques des deux sources d’énergie les plus 14 ommunes (le Soleil et la Terre) avec les fenêtres atmosphériques disponibles, nous pouvons identifier les longueurs d’onde les plus utiles pour la télédétection.
La portion visible du spectre correspond à une fenêtre et au niveau maximal d’énergie solaire. Notez aussi que l’énergie thermique émise par la Terre correspond à une fenêtre située à près de 10 mm dans la partie de l’infrarouge thermique du spectre. Dans la partie des hyperfréquences, il existe une grande fenêtre qui correspond aux longueurs d’onde de plus de 1 Maintenant que nous comprenons comment l’énergie électromagnétique se rend de sa source ? a surface de la Terre (et nous pouvons constater que c’est un voyage difficile), nous allons examiner ce qu’il arrive au rayonnement une fois qu’il atteint la surface. rayonnement qui n’est pas absorbé ou diffusé dans l’atmosphère peut atteindre et interagir avec la surface de la Terre. Lorsque l’énergie atteint la cible, la surface peut absorber (A) l’énergie, la transmettre (T) ou réfléchir (R) l’énergie incidente. L’énergie incidente totale interagira avec la surface selon l’une ou l’autre de ces trois modes d’interaction ou selon leur combinaison. La proporti teraction dépendra de la 0 6
