Images satellites/Introduction
De tout temps l’homme a cherché à se situer dans l’espace, à connaître et à comprendre l’univers qui l’entoure, à explorer le territoire qui s'offre à lui. Il a cartographié toute la surface du globe mais cela ne lui a pas suffi. Les dernières avances technologiques lui ont permis d'envoyer des outils dans l'espace et ainsi d’obtenir des images satellites de la Terre et de l'Univers.
Une image satellite, ou image satellitaire, est une prise de vue transmise d'un satellite artificiel en orbite. Elles permettent d'obtenir différentes informations comme la surveillance des pays ennemis pour les militaires (fonction première de la création d'un satellite d'observation), prévisions météorologiques (par exemple les satellites Météosat), ou tout simplement pour les recherches sur l'Univers. Certains satellites sont capables d'une précision telle que cela peut devenir un problème, notamment en termes de vie privée ou de secret d'État.
L'aventure spatiale
modifierLe tout premier satellite fut mis en orbite par l’Union soviétique en 1957 dans le cadre de la guerre froide : le but était d'effrayer les États-Unis avec lesquels l'URSS était lancée dans une course aux armements nucléaires. Être capable de mettre en orbite un satellite signifiait la capacité à bombarder l'ennemi avec des fusées très longue portée (les ICBM : missiles balistiques intercontinentaux). Son nom était Spoutnik 1, lancé par les Soviétiques le 4 octobre 1957 avec une fusée Spoutnik-PS dérivée du missile militaire R-7.
Le 3 novembre 1957 un second satellite, Spoutnik 2, est lancé officiellement pour étudier les rayons cosmiques, mais ayant comme particularité de transporter un être vivant. La chienne Laïka est la première à traverser l'atmosphère pour pénétrer dans l'espace. Malheureusement elle mourut sept heures après le décollage pour cause de surchauffe (le satellite s'est ensuite désintégré en rentrant dans l'atmosphère le 14 avril 1958).
Dans cette compétition, les États-Unis connaissent un premier échec (Vanguard TV3 explose au décollage en décembre 1957, d'où ses surnoms de « Flopnik », de « Kaputnik », d'« Oopsnik » ou de « Stayputnik »), puis égalisent en envoyant sur orbite le satellite Explorer 1 le 1er février 1958, grâce à une fusée Juno dérivée en urgence du missile militaire Jupiter. Ce satellite se désintègre en 1970.
Aujourd’hui, des lanceurs américains, russes, européens ou asiatiques ont mis en orbite des satellites artificiels de plus en plus nombreux. On en dénombre aujourd’hui près de 2 500 en fonction ou hors service qui gravitent autour de la Terre. La France dispose ainsi de ses propres satellites lancés depuis la base spatiale de Kourou en Guyane.
Article connexe : w:Chronologie des satellites artificiels et sondes spatiales.
L'avantage des satellites
modifierLa nouvelle technologie satellitaire permet le développement d'images bien plus précises et utilitaires que les anciennes cartes: • Ce sont des images multiscalaires: Les satellites ne se contentent pas de prendre en photo ce qu’ils voient. Ils captent et mesurent aussi le champ magnétique entièrement. Ainsi, de nombreuses collections publiées présentent un emboîtement d'images. • Ce sont des images multitemporelles: L'examen d'un même espace se fait à des dates différentes (selon les saisons ou selon les événements observés) introduisant la dimension temporelle. • Enfin et surtout ce sont des images multispectrales: Elles permettent de saisir un phénomène naturel ou humain.
L'image-satellite est bien une image géographique et il importe de la traiter comme telle. L'usage des fausses couleurs, les moyens techniques de sa collecte et de sa présentation ne doivent pas constituer maintenant un obstacle à son utilisation dans les classes. Il faut se garder de la voir comme une simple photographie aérienne, comme le substitut de la carte topographique là où elle n'existe pas, comme un tableau abstrait fait de lignes et de plages de couleur. Cependant son aspect attrayant est un argument fort pour capter l’intérêt des élèves. Les images que l’on connaît à travers les manuels sont très souvent de belles images dont le caractère exotique constitue le premier attrait.
La connaissance des conditions techniques de production n'exige pas de compétences particulières en sciences physiques ou en sciences de la terre. Nous devons les lire avec notre culture géographique et les utiliser en parallèle avec les autres images plus traditionnelles. Il suffit de savoir qu’il s'agit de compositions colorées établies à partir des données numériques enregistrées par les capteurs du satellite. Elles sont datées. Ces compositions sont traitées pour tenir compte des déclivités de terrain, de la rotondité de la terre. Elles sont choisies, dans un stock considérable. Comme les autres images, l'image-satellite est bien une image polysémique.
Images satellites
modifierC'est en 1959 que la première image satellitaire nous parvient du satellite américain Explorer 6 qui nous montre les nuages au-dessus du Pacifique, image cependant très floue n'ayant encore qu'une faible netteté.
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Explorer 6, le premier satellite à avoir pris des photos de la Terre. -
La première photo satellite prise par Explorer 6, le 14 août 1959 (des nuages au-dessus du Pacifique). -
Image de télévision (une photo toutes les dix secondes) fournis par le premier satellite météo, TIROS-1, le 1er avril 1960.
Aujourd'hui, tous les satellites ne servent pas à l’observation de la Terre, mais nombreux sont ceux équipés de radars, récepteurs ou capteurs. Des programmes de géolocalisation se sont en effet développés depuis la fin des années 1970, comme le GPS (Global Positioning System) américain lancé en 1978 afin d’améliorer la navigation dans les airs, sur terre et sur mer. Le programme SPOT (Système pour l’observation de la Terre), lancé également en 1978, devait quant à lui fournir des images de la planète entière, permettant un bouleversement de l’information géographique.
Les images prises proviennent ainsi de capteurs qui mesurent le champ électromagnétique émis par les différentes composantes de notre planète. La résolution (de l’ordre du millimètre) de ces capteurs ou le spectre d’observation (infrarouge, rayons X, ultraviolet, optique) dépendent alors des usages souhaités. Ces informations sont ensuite envoyées à des stations terrestres qui, à l’aide de systèmes d’informations géographiques (SIG), les interprètent et les retranscrivent graphiquement sur des cartes par exemple.
L'observation terrestre
modifierLes satellites de télédétection observent la Terre, dans un but scientifique (température de la mer, manteau neigeux, sécheresse…), économique (ressources naturelles, agriculture…) ou militaire (rôle majeur dans les guerres contemporaines ; ils sont plus couramment désignés sous le nom de satellites-espion). Le spectre d'observation est vaste, optique, radar, infrarouge, ultraviolet, écoute de signaux radioélectriques. La résolution atteint actuellement moins d'un mètre pour certaines gammes de fréquence. Celle-ci dépend de la technologie employée mais aussi de l'altitude du satellite : une bonne résolution exige une orbite basse en général héliosynchrone utilisée par exemple par les satellites d'observation de la Terre de la famille SPOT. L'orbite géostationnaire, fixe, est préférée pour la surveillance permanente en temps réel comme dans le cas du programme de veille météorologique mondiale et ses familles de satellites météorologiques, dont l'européen METEOSAT.
Les satellites radar peuvent analyser, par des techniques interférométriques, des variations de quelques millimètres de certaines structures. Ils sont utiles pour examiner les mouvements des plaques continentales, particulièrement avant ou après un séisme, ou les variations d'épaisseur de la banquise.
SPOT
modifierles fonctions de la télédétection (observer la Terre à distance et couvrir d’une seule image une zone assez vaste) sont faits par les satellites français Spot. Depuis 1986, ils ont acquis et répertorié plus de 4 millions d’images. Ils tournent autour de la Terre en 101 minutes environ à 822 km d’altitude; ils effectuent 14 révolutions par jour et repassent à la verticale d’un même point tous les 26 jours. Leurs détecteurs mesurent le rayonnement reflété par les objets à la surface du sol qui est de 60 x 60 km sur chaque image prise. La résolution des images est de 10 m pour les images noir et blanc et de 20 m pour les images couleur. Ces images captées sont numériques et traitées par ordinateur. Elles sont utilisées dans les domaines de la cartographie, de l’agriculture, de l’environnement, de l’aménagement urbain et rural etc. Grâce à leurs miroirs orientables, les satellites Spot peuvent observer un site sous des angles différents pour en reconstituer le relief. On obtient ainsi une image en trois dimensions. Les longueurs d’ondes observées par les satellites Spot sont transcrites dans des couleurs conventionnelles qui ne correspondent pas à la perception de l’œil humain.
Les images satellite sont souvent transmises avec des graphiques vectoriels. Des images aux graphiques vectoriels ne sont pas composées de pixels mais de formes quelconques qui sont définies par des vecteurs. L’avantage de ce procédé concernant les images de paysage est le fait qu’on peut les agrandir sans perdre trop de la qualité de l’image. Pour la transmission des images satellite on utilise aussi le type d’image bitmap qui est simple et qui se compose au contraire du graphique vectoriel de pixels, qui sont disposés l’un à côté de l’autre et qui varient seulement avec la valeur de couleur ou luminosité qui leur est attribuée. TIFF est un autre format de fichier qui est utilisé plus souvent, et aussi plus connu dans l’emploi des images électroniques. C’est un format d’images pixel indépendant des systèmes de fonctionnement et peut être comprimé sans visiblement perdre de qualité. Revenons à la transmission des images satellite. Ils sont envoyés dans la forme de paquets binaires qui se composent de 6 octets. Chaque octet a 8 bits et comprend un certain domaine d’information : rouge, bleu, vert, intensité et 2 coordonnées pour la localisation des pixels. Toutes les informations d’un tel paquet sont transmises en code binaire.
Caractéristiques technique de l'observation satellitaire
modifierLa capacité de visée oblique de Spot permet de réaliser des couples stéréoscopiques par combinaison de deux prises de vue d’une même zone acquises sous de différents angles à des instants différents, du fait de la parallaxe ainsi obtenue.
Grâce à la constellation des satellites Spot (Spot 1+Spot 2+Spot 4), il est possible d’acquérir des couples stéréoscopiques le même jour, en utilisant deux des trois satellites.
Les possibilités de visée oblique de Spot permettent l’acquisition de scènes à l’intérieur d’une bande de 900 km. Cette technique permet d’augmenter la fréquence d’observation d’un même point au cours d’un même cycle. Cette fréquence varie en fonction de la latitude : à l’équateur, la même région peut être observée 7 fois pendant les 26 jours du cycle orbital. À la latitude de 45°, une région peut être observée 11 fois pendant un cycle orbital, soit 157 fois par an, ce qui correspond à une moyenne de 2,4 jours avec un intervalle se situant au maximum à 4 jours et au minimum à 1 jour.
La constellation des satellites Spot augmente considérablement cette répétitivité : 95% de la surface de la Terre peut être observé par un des trois satellites.
La transmission des données au sol peut se faire immédiatement si le satellite est en visibilité d’une station de réception ou après un temps de stockage à bord.
Le long de l’orbite, quatre cas se présentent :
- Le satellite est en visibilité d’une Station de Réception Directe (SRD). Les images peuvent être envoyées en temps réel à cette station si celle-ci a été programmée.
- Le satellite n’est pas en visibilité d’une station. Les acquisitions programmées sont réalisées et les images sont stockées par des enregistreurs embarqués.
- Le satellite est en visibilité d’une station de réception principale ( Kiruna en Suède ou Toulouse ). Il peut, suivant la programmation, soit envoyer des données directes en temps réel, soit renvoyer les données précédemment enregistrées au cours des révolutions orbitales précédentes.
- Le reste du temps, le satellite est en attente de prises de vue suivant les instructions du segment sol.
Problématiques et plan
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- En quoi les images satellites sont-elles un outil géographique ?
- Quels sont les apports des images satellites pour la compréhension des phénomènes et situations géographiques par rapport aux techniques antérieures ?
- Pour quels acteurs et pour quels usages ces outils sont-ils des apports essentiels aujourd’hui ?
- En quoi la maîtrise de ces outils est-elle créatrice d'inégalités économiques et politiques ?
Nous verrons que chronologiquement les images satellites ont été d’abord des outils pour les militaires (pour la cartographie, la surveillance et l'alerte précoce) ;
→ I. Outils pour les militaires
ensuite que se sont des outils pour les scientifiques (pour la météorologie, l'exploration de l'Univers et l'étude des terrains) ;
→ II. Outils pour les scientifiques
enfin qu’elles sont devenues des outils pour le grand public (pour la géolocalisation, l'éducation et des usages ludiques).
→ III. Outils pour le grand public
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The Blue Marble (la « bille bleue »), vue prise par la mission Apollo 17 en route pour la Lune, le 7 décembre 1972. -
Notes et références
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