Sciences de la vie et de la Terre

Observation de la terre depuis l’espace - qu’est ce qu’une image satellitale - Fiche professeur Seconde

01 / 09 / 2005 | Sacha Touille

Date : Septembre 2000

AUTEUR :
Marie-Claude DIAMANTIS
(conception réalisation)

Niveau
concerné :
LYCÉE
Type
TP

<p
ALIGN="CENTER">FICHE
PROFESSEUR
<font
size="1" face="Arial">

OBSERVATION
DE LA TERRE DEPUIS L’ESPACE

 

Qu’est-ce qu’une image satellitale ?

L’exemple choisi est situé
dans la région de Marne la Vallée. Il s’agit d’un groupement
de 26 communes situé à l’est de Paris.

Situation
de Marne la Vallée- document Epamarne - Epafrance - 1992

L’image de travail est
un extrait d’une scène SPOT au format
.IMG traitable par le logiciel TITUS. On trouvera sur le serveur un
ensemble de fiches
permettant de réaliser les divers traitements
d’images.

Protocole  :

1-Première approche de l’image.

Afficher l’image successivement
dans les trois canaux (fiche
n°2
). Prendre la pallette « base », en 16 couleurs.
Puis afficher simultanément les trois images.

 

Marne la Vallée- SPOT 1- 18-6 89- Canal 1
Copyright CNES 89- Distribution SPOT image.
 
Marne la Vallée- SPOT 1 - 18- 6- 89 - canal 2
Copyright CNES 89- Distribution SPOT image.
 
Marne la Vallée- Spot 1 - 18- 6 - 89- canal 3
Copyright CNES 89- Distribution SPOT image.
 
Extrait des cartes topographiques IGN de Gagny et de Lagny avec cadrage de l’image.

Indépendamment des
différences de couleurs qui apparaissent d’emblée sur
les trois canaux, quelques grands traits du paysage sont repèrables
sur les trois images. On peut s’aider des cartes topographiques de
Gagny et de Lagny sur Marne.

On distingue :

  • la Marne dans l’ angle nord -ouest de l’image ainsi que la base de loisirs de Vaires sur Marne en forme de triangle,
  • l’autoroute A4 qui parcoure l’image au centre d’est en ouest,
  • des parcelles agricoles aux formes géométriques à l’est.
  • une zone urbanisée au sud du plan d’eau,
  • la forêt au sud.

 

 2- Quelle est la signification des couleurs ?

 Ces images sont des images numériques :

Ne conserver qu’ une seule
image, le canal 1 par exemple. A partir du module « Analyse »,
afficher les valeurs numériques de l’image (fiche
n°3)
On voit apparaitre un tableau de chiffres.


Extraction numérique du canal 1


Extraction numérique du canal 2


Extraction numérique du canal 3

 

Chaque chiffre représente
l’information captée par le satellite pour une surface de 20
m x 20 m soit un pixel. Le canal 1 correspond à la quantité
de lumière réfléchie par le couvert au sol dans
le domaine des longueurs d’onde de 0,50 à 0,59 µm , c’est
à dire le vert. Ces valeurs dites de réflectance sont
ensuite traduites par l’ordinateur en valeurs radiométriques
(VR) comprises entre 0 et 255.
En abscisse et en ordonné figure le nombre de lignes et de
colonnes ; ce qui permet d’évaluer la superficie de l’image
 : 520 x 20 m soit celle d’un carré de 10, 4 km de coté.

 

 Comment interpréter les valeurs radiométriques ?

Chaque surface interceptant
le rayonnement solaire ( pelouse, sol nu, toit d’habitation, eau,
nuage ...) en refléchit une partie qui est captée selon
les longueurs d’onde par les canaux XS1, XS2 et XS3 du satellite SPOT.
Cette quantité d’énergie réfléchie par
l’objet est donc caractéristique de cet objet et permet de
l’identifier à partir des données chiffrées.
La compilation des données des trois canaux permet une meilleure
discrimination des objets. On obtient ainsi leur « signature spectrale ».

  Recherche des signatures spectrales de quelques couverts au sol figurant sur l’image :fiche n°5

On va pour cela délimiter
de petites surfaces pour lesquelles l’ordinateur affichera les valeurs
radiométriques dans les trois canaux.
Afficher dans le bandeau du haut « sites tests », puis choisir
ce module.
Conserver affiché l’image d’un seul canal et dessiner des sites
rectangulaires de 2 à 3 mm de coté.
Choisir un premier site, l’eau de la base de loisir par exemple.Puis
afficher le mode des valeurs radiométriques pour ce site successivement
dans les trois canaux et les mettre en mémoire. Suivre la même
procédure pour 2 ou 3 autres sites : un champs, la forêt,
une zone urbaine.

 Radiométrie  :

On peut, à ce moment
de la démarche, faire construire aux élèves les
signatures spectrales de quelques objets : végétaux
(Angiospermes et Gymnospermes) , terre, sable sec, sable mouillé
...à l’aide d’un radiomètre. Il s’agit d’une modélisation
d’un des capteurs du satellite SPOT mis au point dans ce but pédagogique.


Signatures
spectrales obtenues avec un radiomètre Jeulin
Jean Cassanet- « Utilisation pédagogique des images satellites »- tome 1

Faire afficher ensuite
par l’ordinateur les signatures spectrales correspondant aux sites
tests et comparer (fiche
n°6
) lien. On peut ainsi vérifier les hypothèses
émises sur les divers couverts au sol repérés
sur l’image et, si cela est possible, se rendre sur place pour effectuer
des « vérités terrains ».

L’analyse de ces graphes
permet de comprendre comment le chercheur travaillant sur une image
choisit les couleurs. Nous prendrons deux exemples :

Repèrage des
végétaux verts
 : on constate que dans le canal 2
les plus faibles valeurs radiométriques correspondent à
la forêt. En effet, les végétaux absorbent fortement
les radiations rouges pour réaliser la photosynthèse.
La quantité de lumière réfléchie est donc
faible.On peut ainsi considérer que sur l’ensemble de l’image
les plus faibles valeurs radiométriques dans le canal 2 correspondent
aux végétaux chlorophylliens.

Comment discriminer les
différents végétaux ? Les mesures à l’aide
du radiomètre montrent une nette différence dans le
canal 3 entre les Angiospermes et les Gymnospermes. Une analyse plus
fine des VR dans ce canal ainsi qu’un combinaison des canaux 2 et
3 permettent au chercheur de cartographier les espèces d’un
peuplement forestier par exemple.

Mise en évidence
de l’eau
 : on constate que la présence d’eau dans la terre
abaisse les VR dans les trois canaux, que dans le canal 3, les plus
faibles valeurs radiométriques sont celles de la base de loisir.
On peut émettre l’hypothèse que les plus faibles VR
dans le canal 3 représentent l’eau.

Essai de cartographie
 : on propose aux élèves de réaliser leur propre
interprétation de l’image en tenant compte des informations
dégagées précédemment : Attribuons dans
le canal 3 les plus faibles VR à l’eau et les plus fortes valeurs
aux végétaux, les valeurs intermédiaires étant
alors représentatives des zones urbanisées : choisir
le canal 3 et réaliser un découpage manuel de l’histogramme
des VR en trois classes auxquelles chacun attribue les couleurs de
son choix. (fiche n°4).
Les élèves peuvent ainsi comprendre qu’une image satellitale
est une interprétation de la réalité résultant
d’un traitement des données et que, comme une carte de géographie,
elle ne peut se lire que si elle est accompagnée d’une légende,
à moins que les règles de lecture soient connues de
tous (cas des compositions colorées).

Cartographie
sommaire et histogramme des valeurs radiométriques dans le
canal 3

Une cartographie à
partir d’un seul canal est très imprécise car deux objets
peuvent avoir des valeurs de réflectance proches pour une même
gamme de longueur d’onde. C’est ce qui se passe par exemple pour l’eau
et les voies de chemin de fer qui sont confondues au niveau de la
gare de triage de Vaires sur Marne. D’autre part le découpage
en classe est trop imprécis. On remédie à ces
difficultés en combinant les données de plusieurs canaux.
Par exemple, le couplage des données des canaux 2 et 3 permet
une cartographie précise du peuplement d’une forêt. Plusieurs
exemples sont traités dans les brochures : "Utilisation
pédagogique des images satellitles", tomes 1 et 2 - CRDP
de Poitou - Charente.
La combinaison des trois canaux conduit à une "composition
colorée".

 

Composition colorée
 :

Principe : voirfiche n° 1

Afficher la composition
colorée.

L’ordinateur affecte conventionnellement
une couleur à chacun des canaux. On obtient ainsi la composition
colorée standart dont la lecture est aisée si on dispose
de la légende. Voirfiche n°1 : les végétaux apparaissent en rouge,
l’urbain en bleu -gris, l’eau en noir...

Composition
colorée standart de Marne la Vallée.
Copyright CNES 89- Distribution SPOT image.

Actuellement les couleurs
des images satellitales destinées au grand public sont choisies
de façon à se rapprocher le plus possible de la réalité
observable.

Les compositions colorées,
accompagnées de légendes, sont riches d’informations
et d’accès facile. La comparaison de l’image de Marne la Vallée
89 avec une plus ancienne de 86 est proposée sur ce site pour
les élèves de sixième qui étudient l’action
de l’Homme sur l’environnement..

Revenons aux images monocanals
affichées au début : comment les couleurs de ces images
sont -t-elles générées ?

Elles le sont directement
par l’ordinateur. Deux choix sont possibles :

  • la répartition linéaire : l’intervalle des valeurs radiométriques d’un canal est découpé en 16 classes.
  • la répartition en équipopulation : l’ensemble des pixels de l’image est réparti en 16 classes d’effectifs à peu près identiques. En choisissant la palette« base », on affecte automatiquement les 16 couleurs de la palette à chacune des 16 classes. C’est le traitement effectué ici.

 

De nombreuses images satellitales
pourront être proposer aux élèves comme supports
dans le chapitre « Planète Terre et environnement global » :
images METEOSAT pour comprendre les mouvements atmosphériques
ou les saisons, images NOAA où le canal IR permet d’obtenir
des cartes de températures ou données des instruments
TOMS qui permettent de suivre l’ozone stratosphérique.Des applications
pédagogiques sont proposées sur ce serveur, sur le site
du GTD, sur Educnet ou d’autres sites académiques. Il peut
s’agir d’une simple lecture mais aussi de traitements d’images où
les notions acquises ici seront réinvesties.

 


vers la page objectifs et démarche pédagogique


Pour contacter l’auteur


 





 

 

Articles les plus lus

réflexion et proposition pour une séance de TP de 2nde sur le plan d’organisation des Vertébrés

Document de synthèse pour les professeurs souhaitant enseigner en section européenne.

Permettre aux élève d’analyser et interpréter des (représentations) graphiques présentant des
« courbes »

Si les métiers du numérique sont en plein développement, celui de YouTuber (du nom de la plateforme Youtube) est apparu il y a quelques années et il est devenu incontournable.

Sites à (re)découvrir...

Corpus

Anatomie 3D, vidéos enrichies et pour la santé sont les trois rubriques de ce tout nouveau site, mis en place par le réseau Canopé, sur la découverte du corps humain.

Le guide de mise en œuvre du numérique éducatif - Les MédiaFICHES

Guide académique pour aider les équipes pédagogiques dans la mise en œuvre du numérique dans leur établissement.