Du satellite au terrain. Observation de la surface terrestre et processus géographiques

la journée de enseignants des 6ème Journées de la Géographie Belge (VUB, 14 novembre 2015).
Proposition d’Yves CORNET (CC, Photogrammétrie et télédétection, Geomatique, ULg)
Sujet : « Du satellite au terrain »
Forme : Atelier
Durée totale : 1h30
Résumé :
Je proposerai tout d’abord un bref rappel des notions de « couleur » (vrai couleur, fausse couleur, fausse couleur de synthèse) en visualisation d’images polygéniques enregistrées par des capteurs satellitaires récentes disponibles gratuitement dans les archives de l’USGS et couvrant le territoire wallon (ex. capteur OLI à bord de Landsat 8). Ensuite, j’élargirai la discussion en établissant le lien avec le concept de signature et résolution spectrales pour en arriver à deux applications très exploitées par les géographes et qui reposent sur ces concepts. La première application est la classification d’image. La seconde application est l’extraction de paramètres bio-géo-physiques à partir d’images multi-spectrales en exploitant les parties du spectre permettant cette détermination (ex. couleur des océans - rapports de réflectance entre les canaux visibles permettant de mettre en évidence l’absorption du rayonnement lumineux par la chlorophylle). Nous limiterons notre discours à la partie du spectre dans laquelle le soleil éclaire la surface terrestre (visible et proche infra-rouge) qui est celle la plus facile à appréhender pour des écoliers du secondaire.
Ensuite pendant l’atelier, j’exploiterai de façon intuitive l’analyse graphique car elle constitue une spécificité de formations scientifiques et, malheureusement, je constate depuis plusieurs années, de la part de la majorité de nos étudiants, une réelle incapacité de s’exprimer de cette façon. Il me semble que cette compétence peut être aisément exercée par des exercices simples tels que ceux que je proposerai en limitant au maximum l’accès à des outils logiciel. Les données nécessaires à ces analyses graphiques seront fournies ou extraites d’images à l’aide d’outils logiciels de visualisation d’images gratuits qui seront mis à la disposition des enseignants pour qu’ils puissent préparer de nouvelles activités dans leur classe.
Les réalisations graphiques seront effectuées sur papier quadrillé. Elle permettront par exemple de représenter la position d’un pixel dans l’espace multispectral (diagramme de dispersion bi-variés combinant les canaux 2 par 2 et éventuellement tri-variés en combinant les canaux par 3), de construire des courbes de signature spectrale de différents type de couverture du sol dans différents contextes topographique et donc dans des conditions d’illumination différentes, de construire des courbes de signature spectrales d’une eau non turbide présentant des concentration en chl-a variable (données fournies). Nous accorderons une attention particulière à la signification physique des valeurs reportées sur les différents axes (unités, ordres de grandeur, variations) et un protocole d’interprétation de ces graphiques sera ensuite proposé.
D’une part, nous comparerons les signatures spectrales de différents types de couverture du sol généralement reconnus par classification d’image (surface herbeuse, canopée, sol nu, surface bétonnée, surface macadamisée, eau …). Pour certains types de couverture du sol, nous mettront en évidence l’effet topographique qui est d’autant plus marqué que la longueur d’onde exploitée se rapproche du proche infra-rouge en raison de la réduction de la diffusion du rayonnement solaire incident pour les plus grande longueurs d’onde du visible et le proche infra-rouge que pour les courtes longueur d’onde du visible. Pour limiter la complexité des interprétations, nous limiterons les analyses à des données instantanées (pas de variation temporelle !!).
D’autre part, dans la partie consacrée à l’analyse de la couleur des océans nous proposeront la construction différente graphique (diagramme de dispersion ou validation et histogrammes) permettant de mettre en relation le résultat de l’extraction de paramètres bio-optiques de l’eau depuis des images satellitaire et son correspondant mesuré sur le terrain. Nous expliquerons ainsi la signification graphique des notions de biais, d’imprécision et d’incertitude. Nous établirons alors quelques liens entre le processus d’acquisition des images satellitaires (angle d’observation, champs instantané d’observation du capteur satellitaire, résolution radiométrique, influence de l’état de surface des mers et ses interaction avec la géométrie de l’éclairement solaire vis-à-vis de l’observation, altération atmosphériques …) et la signification d’un échantillon des valeurs de référence sur le terrain (campagne de mesure de la concentration de chlorophylle en mer ou dans des lac, dynamique spatiale et temporelle, représentativité spatiale et temporelle).