Sciences de la vie et de la Terre

NASA World Wind et Google Earth, les visages de la Terre.

19 / 11 / 2005 | Webmestre | Bertrand Marne

note : Dans cet article, la plupart des captures d’écran sont cliquables pour obtenir l’image en taille réelle (1280*768 maximum). Les images agrandies peuvent être longues à télécharger.

NASA World Wind et Google Earth sont deux logiciels gratuits qui permettent de contempler des prises de vue aériennes (le plus souvent des images satellitales, mais aussi des photographies prises d’avion) sur toute la planète. Différents niveaux de détail existent si bien que l’on peut zoomer, d’une vue globale de la Terre, à une vue de détail à quelques mètres près d’une région précise.

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Vue des reliefs de la Terre grâce à NASA World Wind
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Le massif du Mont Blanc depuis Google Earth

Ces possibilités sont déjà remarquables, mais ces logiciels proposent aussi de visualiser ces paysages en 3 dimensions puisqu’ils prennent compte des données sur le niveau du sol et donc les reliefs.
En outre ces logiciels proposent des systèmes de géolocalisation qui permettent de marquer certains lieux. Par défaut, la plupart des lieux géographiques notables (villes, pays, reliefs, cours d’eau, routes, etc.) peuvent être marqués, les événements géologiques (séismes, volcans), etc. Ils offrent aussi la possibilité d’ajouter d’autres marquages (événements géologiques et météorologiques récents, lieux précis, etc.).

Les vues proposées ne sont bien sûr pas en temps réel, mais le fruit d’une longue collecte d’images, d’origines différentes, qui ont été juxtaposées tel un patchwork et organisées selon leur niveau de détail. Selon Google, leurs images ont entre 0 et 3 ans, mais étant le fruit de différentes sources, il est difficile de dater précisément une vue donnée.

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Ouragan Katrina sur l’Amérique du Nord grâce à NASA World Wind
Ce calque propose une image prise par satellite du 28 août de l’ouragan Katrina sur le sud des Etats-Unis.

Les deux logiciels proposent aussi des mises-à-jour de leur stock d’images en fonction de l’actualité, ainsi que des calques (« layers » en anglais) qui se superposent aux images afin d’offrir de nouvelles informations (couverture nuageuse, cartes géologiques, plans divers, etc.) ou recouvrir des zones avec d’autres images plus récentes (voire certaines qui sont mises-à-jour en temps réel)

Ces mises-à-jour sont déjà très nombreuses grâce à des communautés d’utilisateurs dynamiques. Par exemple, les événements géologiques et sismiques de ce début d’année scolaire 2005, comme les ouragans Katrina et Wilma, ainsi que les séismes de Muzaffarabad au Pakistan on été suivis heure par heure par les utilisateurs de ces deux logiciels, qui n’ont cessé de fournir des marquages et des calques informatifs voire prévisionnels sur ces événements.

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La couverture nuageuse mondiale dans Google Earth
Mis-à-jour quotidiennement, ce calque présente la couverture nuageuse sur toute la Terre (ici, la couverture nuageuse du 8 novembre)

Si on récapitule les possibilités des ces outils :

  • Navigation à la surface de la planète avec des vues 3D composées avec de prises de vues aériennes (d’un niveau de détail souvent stupéfiant).
  • Prise en compte du relief.
  • Marquage des lieux importants.
  • Marquage d’événements localisés et d’autres lieux divers.
  • Superposition possible d’autres informations (carte, schéma, photos, etc.) par des claques disposés sur les vues aériennes.
  • Apports permanents d’informations et d’enrichissements (marquages, calques, photos plus récentes, etc.) par des communautés d’utilisateurs très réactives et documentées (universités et institutions américaines le plus souvent).
  • Possibilité de sauvegarder les images.

Quelques points faibles de ces logiciels :

  • Ces deux logiciels nécessitent une connexion haut débit pour télécharger les nombreuses données visualisées (images haute-résolution, données sur les reliefs, noms des lieux, etc.).
  • Les vues en trois dimensions sont très gourmandes en temps de calcul et nécessitent des cartes-vidéo assez récentes possédant une accélération des fonctions 3D... Ce qui est rarement le cas dans les établissements scolaires (ne comptez pas utiliser ces logiciels avec des ordinateurs de plus de 4 ans).
  • Pour l’instant les deux logiciels ne sont disponibles que pour les PC sous Windows, rien pour les autres systèmes (Google Earth prépare une version MacOS X, Nasa World Wind est décliné sous GNU/Linux et MacOS X sous le nom WW2d).
  • Les zones urbaines sont très détaillées (parfois une résolution de moins d’un mètre), mais une grande partie de la planète ne récolte souvent qu’une précision à la dizaine de mètres près (cela dépend souvent de l’intérêt économique de la zone observée).
  • Ces deux logiciels sont en anglais et il n’existe pas -encore- de traduction.

D’autres comparaisons de ces deux produits sur le web (en anglais) :

 Google Earth :

Google Earth est logiciel fourni gratuitement dans sa version la plus simple, par Google. Les images proviennent de sources publiques et privées et dont les droits sont progressivement acquis par Google.

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L’interface de Google Earth

Points forts de Google Earth :

  • Interface très simple d’utilisation et accessible sans souris sophistiquée.
  • Possibilité de sélectionner très facilement les informations supplémentaires qui seront affichées.
  • Possibilité de placer ses propres marquages très facilement.
  • Il est très simple de mesurer des distances au sol avec Google Earth qui possède des outils adaptés.
  • Possibilité de créer facilement ses propres calques (avec des images de son choix à superposer précisément et avec transparence sur les prises de vue aériennes).
  • Possibilité dans la version payante de faire des croquis vectoriels en 3D.
  • Communauté hyperactive, et qui produit beaucoup de documents mis-à-jour, voire en temps réel.
  • Est moins gourmand en ressources (3D) que NASA World Wind.
  • Le niveau de détail des images est extraordinaire sur certaines zones de la Terre : Notamment, dans les grandes agglomérations occidentales et pas seulement américaines, sur certains autres sites comme le Mont Saint Helens, le Vésuve, etc. Dans ces zones la résolution est de quelques mètres à quelques dizaines de centimètres près grâce aux photos de l’USGS (US Geological Survey) et de Digital Globe.
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    Des détails stupéfiants sur le Mont Saint Helens (Google Earth)
  • C’est un gadget peu utile pour les S.V.T. mais Google Earth propose de visualiser les buildings de certaines grandes villes américaines en 3D.
  • Les vues en 3D un peu plus conformes à la rotondité (meilleur rendu de la courbure) de la Terre que dans NASA Wolrd Wind.
  • Les vues dans Google Earth sont plutôt jolies (car retravaillées pour ce logiciel) et plus contrastées que dans NASA World Wind. Elles sont donc mieux visibles lorsqu’elles sont projetées avec un vidéoprojecteur.

Points faibles de Google Earth :

  • De grandes zones de la Terre n’ont qu’une résolution très faible (moins de 30 mètres/pixel). Par exemple, La Réunion n’est pas détaillée du tout. On ne distingue quasiment pas le relief, et les images ont un niveau de détail lamentable : On ne distingue pas les volcans réunionnais (bien visibles dans NASA World Wind). Paradoxalement il y a quand même des informations sur les routes et les lieux-dits.
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    La Réunion : vue comparative dans les deux logiciels.
  • L’endroit où les images téléchargées sont stockées, nommé cache-disque, ne peut-être géré à la main. Ainsi, il est impossible d’utiliser un cache-disque commun pour plusieurs ordinateurs (ce qui est bien utile si l’on veut utiliser Google Earth sur plusieurs ordinateurs en même temps avec une connectivité au web assez faible ; et quasi indispensable si l’on veut pouvoir utiliser Google Earth sans avoir une connexion haut débit à proximité).
  • Google Earth est un logiciel non-libre. Bien que gratuit actuellement, Google ne donne aucune garantie sur la permanence de cette gratuité, ni de la gratuité de l’accès aux données (prises de vue aériennes hébergées sur leurs serveurs). De plus, Ce logiciel échange constamment des données avec le web, sans que l’on puisse en garantir la sécurité (puisque le code source n’est pas disponible).
  • Les reliefs sous-marins (océaniques) sont représentés avec une résolution assez faible (par rapport à NASA World Wind)
  • Il n’existe qu’une version pour PC sous Windows 2000/XP de Google Earth.

 NASA World Wind :

NASA World Wind est un Logiciel Libre publié par la NASA et qui réutilise des données de leurs stock d’images, ainsi que d’autres organisations internationales. Toutes ces images sont libres de droit (on peut les utiliser sans aucune restriction).

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L’interface de NASA World Wind

Points forts de NASA World Wind :

  • Toute la surface de la Terre est couverte avec une résolution élevée pour la topographie et assez bonne (au moins 30m/pixel) pour les prises de vue. Les États-Unis restent toujours plus détaillés avec des images jusqu’à moins d’1m/pixel de résolution (même 30cm/pixel pour certains lieux).
  • Au moins 30m/pixels (voire bien plus précis) pour la topographie des fonds marins.
  • Possibilité d’intégrer (comme calques) des cartes topographiques détaillées pour les États-Unis (incluses dans le logiciel) et pour le France (voir : http://perso.wanadoo.fr/hermetica/a...).
  • Il existe un module de NASA World Wind pour visiter... la Lune !
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    Vue Lunaire à proximité d’un site d’alunissage d’Apollo (NASA World Wind)
  • NASA World Wind est un Logiciel Libre, dont l’accès gratuit est garanti indéfiniment. Dont le code source est rendu disponible et donc dont les risques liés à la sécurité de la connexion internet sont plus faibles qu’avec Google Earth. De plus, si NASA World Wind ne fonctionne que sur des PC avec Windows 2000/XP, la disponibilité du code source (C’est un Logiciel Libre) a rendu possible le développement de WW2D qui en est dérivé et qui est disponible pour d’autres plateformes (MacOS X et GNU/Linux).
  • La communauté des utilisateurs est très réactive, avec un appui scientifique fort (NASA et milieux universitaires et de recherche).
  • NASA World Wind et sa communauté proposent beaucoup d’extensions de nature scientifique (bien qu’il soit parfois assez difficile de les installer).
  • Le cache-disque qui contient les données téléchargées est manipulable simplement de façon à y rajouter des documents. Ce qui permet d’utiliser NASA World Wind sans être connecté à internet, ou en partageant les mêmes données avec plusieurs ordinateurs (sur le forum national de S.V.T. il y a une conversation sur NASA World Wind où vous trouverez les explications nécessaires à mettre cela en œuvre. Attention, il faut être authentifié sur le Forum pour les lire).

Points faibles de NASA World Wind :

  • La résolution des images n’est pas toujours aussi bonne que celle de Google Earth. En particulier en dehors des États-Unis, il y a de nombreuses zones où Google Earth propose une résolution inférieure à 1m/pixel alors que celle de NASA World Wind n’est que d’environ 30m/pixel.
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    Vue très détaillée du Vésuve grâce à Google Earth
    Ici la résolution est très élevée des objets de deux mètres peuvent être distingués
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    Vue moins détaillée du Vésuve dans NASA World Wind
    On est au niveau de détail maximal de NASA World Wind (environ 30m/pixel). On distingue mal la structure du sommet du cône volcanique.
  • Les prises de vue aériennes sont parfois seulement maladroitement juxtaposées, il n’y pas de traitement sur les images et leur cohésion (comme c’est le cas avec Google Earth). Voire plusieurs sources de données ne peuvent être affichées simultanément (comme c’est le cas dans Google Earth)
  • Très gourmand en ressources, NASA World Wind nécessite un PC très performant pour fonctionner (notamment une carte graphique avec une bonne accélération de l’affichage 3D).
  • L’interface de NASA World Wind n’est pas très ergonomique : l’ajout ou le retrait d’informations sur les vues n’est pas très facile. La création de calques est complexe également.

 Quelques autres logiciels du même genre :

À découvrir :

  • WW2d : NASA World Wind est un Logiciel Libre, mais fabriqué en utilisant les technologies de MS-Windows (.NET, DirectX). Il ne peut donc fonctionner que sur ce système d’exploitation et est peu portable vers d’autres architectures. Le programmeur de WW2d a donc décidé de le réécrire en utilisant des technologies Libres et de le rendre ainsi multiplateforme. WW2d utilise les mêmes données que NASA World Wind.
  • Earth 3d : logiciel développé à partir de zéro qui comme les autres représente la Terre en 3D à partir de prises de vue aériennes. Les données proviennent à peu près des mêmes sources que NASA World Wind plus quelques ajouts.
  • Google Map : comme Google Earth moins la 3D. Par contre n’importe quel ordinateur (y compris ancien) permet d’observer les images aériennes d’excellente qualité collectées par Google (presque les mêmes que dans Google Earth), avec différents niveaux de zoom. Seules conditions : une connexion à internet et un navigateur internet assez récent (supportant le javascript).

Les applications de ce genre fleurissent sur le web. Vous en trouverez une liste dans l’article de Wikipedia qui leur est consacré (en anglais).

 Utilisation pédagogique de ces outils en S.V.T. :

Le simple fait d’utiliser ces logiciels, pour simplement se promener à la surface du Monde est pédagogique. Cela permet, par exemple, de prendre conscience des échelles et des dimensions des objets géographiques. Qu’il s’agisse de son jardin, d’une ville ou bien d’un volcan par rapport à un pays, un continent, au globe dans son intégralité ; tout cela grâce aux fonctions de zoom si spectaculaires. Cela permet aussi une meilleure prise de conscience de la rotondité de la Terre. Enfin, cela permet de mieux géolocaliser différents éléments sur la Terre (lieux, reliefs, océans, pays, etc.), ce qui est souvent indispensable car les élèves ont parfois des lacunes importantes.

Les deux grandes utilisations de ces logiciels directement liées aux S.V.T. sont la géologie et l’écologie.

Utilisation en géologie :

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Délimitation des plaques tectoniques (Calque vectoriel appliqué dans Google Earth)

Voici grâce au site Planet Terre de l’E.N.S. de Lyon un tour d’horizon de quelques exploitations géologiques : Google Earth, un outil formidable pour les SVT. Ou encore des liens Google Earth (Landmarks) collectés par un collègue (Benoît Bernard) sur son site WWWpeda : TELECHARGER DES FICHIERS LAYERS (images superposées)... Ces deux sites sont centrés sur Google Earth, mais l’on peut en faire autant avec NASA World Wind.

On peut aussi utiliser ces logiciels pour comparer l’apparence de différents types de volcans (Par exemple le Piton de la Fournaise et le Mont Saint Helens), localiser l’activité volcanique et les séismes sur Terre (même les plus récents, grâce aux mises-à-jour fournies par la communauté des utilisateurs) et ainsi localiser les limites de plaques.

On peut aussi observer les reliefs et leur caractéristiques, soit pour les faire coïncider avec les limites de plaques, soit pour étudier les modifications de la Terre en surface (par exemple, à l’échelle d’une vue aérienne, on peut facilement faire comprendre à des élèves de 5e comment un glacier s’écoule en emportant les débris de l’érosion).

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De nombreux glaciers s’écoulent autour de l’Everest (NASA World Wind)

On peut aussi utiliser ces outils pour localiser des phénomènes météorologiques, voire les visualiser (grâce à des calques) et les analyser. On peut par exemple, en suivant un phénomène météorologique comme une tempête, reconstituer la trajectoire des courants atmosphériques dominants (certains calques de Google Earth et NASA World Wind reproduisent la trajectoire des ouragans Wilma et Katrina qui ont frappé l’Amérique centrale et l’Amérique du nord cette année).

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Calque de la température des eaux (Google Earth)
Ce calque est mis-à-jour quotidiennement. Ici la température des eaux le 8 novembre 2005.

Les outils de visualisation scientifique et les calques fournis par la communauté des utilisateurs permettent même d’afficher des données très spécifiques comme la température de l’eau durant les dernières heures sur toutes les mers du globe et qui pourront servir à étudier les mouvements océaniques en seconde. On pourra en profiter pour aborder avec les élèves les techniques d’obtention et d’exploitation des images satellitales.

On pourra aussi localiser des zones à risque, météorologique, sismique ou volcanique (il est facile d’observer les agglomérations autour de certains volcans).

Enfin, on pourra étudier la surface lunaire (seulement avec NASA World Wind), pour mettre en évidence les cratères de météorites ou bien les mers basaltiques. Une comparaison avec un cratère de météorite terrestre est même possible.

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Surface de la Lune avec ses mers basaltiques et ses cratères (NASA World Wind)
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Sur Terre : Meteor Crater en Arizona (NASA World Wind)
  • Sur la gauche, c’est la vue sous forme de cartes topographiques de l’USGS.
  • Sur la droite, c’est la vue ultra-détaillée (à 30cm/pixel en niveaux de gris) que l’USGS fournit dans NASA World Wind, sur tout le territoire des Etats-Unis.

Utilisation en écologie :

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Des réservoirs d’irrigation dans le désert saoudien (Google Earth)

La précision des prises de vue des deux logiciels permettent d’envisager des observations très fines. Ainsi on peut faire observer aux élèves de 1ES les réservoirs d’eau en Arabie Saoudite, en Algérie, au Maroc, en Tunise, etc.

Le niveau de détail très élevé des images issues des satellites de Digital Globe exploitées par Google Earth permettent d’observer le détail de l’exploitation des forêts landaises. On ne distingue évidement pas les essences, mais on peut utiliser ces vues pour faire différencier aux élèves de 6e ou de 1ES les zones forestières en fonction de l’âge des plantations.

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Plantations d’âges différents dans une forêt landaise (Google Earth)
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Le Rift est-africain (Google Earth)
Sur la gauche (à l’ouest), la forêt dense, sur la droite (à l’est) les paysages désolés du rift.

Pour différencier les peuplement en fonction du milieu, ces outils sont intéressants pour observer la végétation. On peut, par exemple, visualiser les différences importantes de végétation entre l’extérieur et l’intérieur du Rift est-africain (Rift Gregory). On pourra aussi utiliser ces observations quand on évoque la théorie de « l’East Side Story ».

Les possibilités sont si nombreuses qu’elles demeurent difficilement dénombrables. Essentiellement, pensez à utiliser ces logiciels dès que vous souhaitez faire visualiser une partie du monde à vos élèves.

Quelques conseils avant une utilisation en classe :

  • Pensez toujours à survoler les zones avant d’utiliser les logiciels en classe ou avec les élèves : cela permet de télécharger les données sur le disque-dur de l’ordinateur (dans le cache-disque) et permet ensuite d’éviter de longs temps-morts de téléchargement durant la séances. De même, si vous utilisez NASA World Wind sur plusieurs postes, pensez à partager le cache disque comme indiqué plus haut.
  • Veillez à régler l’exagération verticale à 1.0 sinon les reliefs seront complètement déformés et peu réalistes. (voir les explications associées aux captures d’écran)
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    Changer l’exagération du relief dans NASA World Wind
    Dans le menu View choisissez l’entrée Vertical Exaggeration


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    Changer l’exagération du relief dans Google Earth
    Dans le menu Tools séléctionnez l’entrée Options, dans la fenêtre qui s’ouvre alors choisissez votre Elevation Exaggeration
  • Lequel de ces deux excellents logiciels choisir ?... Les deux ! Vous ferez votre choix pour chaque usage en fonction de :
    • ce que l’on veut montrer : Pour le volcanisme de La Réunion, ou les reliefs océaniques on ne pourra utiliser que NASA World Wind. Alors que pour examiner le Mont Saint Helens ou le Vésuve on préférera Google Earth.
    • qui est l’utilisateur du logiciel : Google Earth est plus simple d’utilisation pour les élèves que NASA World Wind.
    • des moyens dont on dispose : Google Earth nécessite presque obligatoirement une connexion haut débit, alors que NASA World Wind qui peut s’en passer nécessite, lui, des ordinateurs plus puissants.
    • du travail que l’on veut faire : Google Earth met le marquage de lieux, ou la fabrication de calques à superposer aux prises de vue aériennes, à la portée des élèves. Alors que NASA World Wind propose de nombreuses visualisations scientifiques dans son « Virtual Lab’ ».

Donc, testez, et choisissez entre les deux logiciels en fonction des besoins de votre séance.

De manière générale, je vous conseille de bien vous familiariser avec les deux avant d’envisager de les utiliser en classe. Afin d’en comprendre les limites, mais aussi les avantages, et peut-être même de voir apparaître plein d’applications qui ne sont pas dans cet article !

Et puis, vous aurez bien du mal après y avoir goûté à ne pas passer de nombreuses heures à voyager sur Terre pour découvrir les merveilles que ces logiciels nous permettent d’aller voir.

Bon survol de la Terre... et de la Lune !

Post Scriptum :

Deux logiciels impressionnants pour observer en relief, et bien plus, les paysages la Terre.

 

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