Fiche de révision : Télédétection et rayonnement électromagnétique

📋 Plan du Cours

1. Principes généraux de la télédétection
2. Images analogiques et numériques
3. Ondes et spectre électromagnétique
4. Sources et mesures du rayonnement
5. Émission et lois du corps noir
6. Interactions avec l’atmosphère
7. Diffusion et absorption atmosphériques
8. Interactions entre rayonnement et cible
9. Signatures spectrales des cibles
10. Plateformes et orbites satellitaires
11. Capteurs et compositions colorées
12. Détection par hyperfréquences
13. Principes et géométrie radar
14. Résolution et ouverture synthétique
15. Bandes et polarisations radar
16. Distorsions des images radar
17. Chatoiement et effet Doppler
18. Applications géologiques et lithologiques
19. Applications environnementales et agricoles

📖 1. Principes généraux de la télédétection

🔑 Notions clés & Définitions

• Télédétection : Étude de la Terre par acquisition d’images au moyen d’instruments placés sur des plateformes aériennes, satellitaires ou au sol, afin d’obtenir à distance de l’information sur un objet sans contact direct.

★ À maîtriser

• La télédétection exploite le fait que chaque corps réfléchit ou émet le rayonnement électromagnétique de manière distincte selon ses propriétés physiques et chimiques, la partie du spectre, le temps et sa localisation.

• 🔄 Le processus de télédétection comprend les étapes suivantes :

  1. Captation de l’énergie électromagnétique émise ou réfléchie par une cible.
  2. Enregistrement de cette énergie.
  3. Traitement de l’information enregistrée.
  4. Analyse de l’information.
  5. Application de l’information obtenue.

• Les étapes représentées pour la télédétection vont de la source d’énergie et de son interaction avec l’atmosphère à l’interprétation de l’image et à l’utilisation de l’information extraite.

Compléments

• Les capteurs embarqués sur des plateformes satellitaires, aériennes, des ballons ou au sol mesurent le rayonnement provenant des surfaces étudiées.

• L’analyse du rayonnement enregistré permet d’accéder aux propriétés géométriques d’une cible, notamment sa position, sa forme et ses dimensions.

• L’analyse du rayonnement enregistré permet d’accéder aux propriétés optiques d’une cible, notamment sa réflexion, sa transmission et son absorption.

• L’analyse du rayonnement enregistré permet d’accéder aux propriétés physico-chimiques d’une cible, notamment sa température, sa teneur en eau et sa chlorophylle foliaire.

💡 Astuce mémo

Source → atmosphère → cible → capteur → image → interprétation → application

📖 2. Images analogiques et numériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Pixel : Plus petit élément d’une image numérique, qui représente le plus petit détail encore visible pour le satellite.

★ À maîtriser

📌 Une image analogique, comme une photographie sur pellicule ordinaire, représente la lumière visible, tandis qu’une image numérique est créée à partir de mesures enregistrées par des capteurs et traitées par ordinateur.

• Dans le système décrit, chaque pixel reçoit une valeur de lumière comprise entre 0 et 255 ; une valeur élevée correspond à une mesure de lumière plus importante.

Compléments

• Les capteurs satellitaires balaient la surface terrestre et mesurent la lumière visible ainsi que d’autres domaines du spectre électromagnétique, comme l’infrarouge, l’ultraviolet et les micro-ondes.

• Dans l’image numérique décrite, les pixels de valeur élevée, proche de 255, sont représentés en blanc, ceux de valeur basse, proche de 0, en noir, et les valeurs intermédiaires en niveaux de gris proportionnels.

• La valeur d’un pixel correspond à l’intensité du rayonnement réfléchi ou émis, exprimée en niveaux de gris, et sa taille correspond à la résolution spatiale.

💡 Astuce mémo

Imagine une image numérique comme un échiquier dont chaque case, le pixel, porte une valeur de lumière.

📖 3. Ondes et spectre électromagnétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde électromagnétique : Composée d’un champ électrique et d’un champ magnétique perpendiculaires qui se déplacent à la vitesse de la lumière dans le vide.
• Longueur d’onde : Distance entre deux crêtes successives d’une onde, notée λ et exprimée en mètres ou en sous-multiples du mètre.
• Fréquence : Nombre d’oscillations par unité de temps, noté f et mesuré normalement en hertz, soit en oscillations par seconde.
• Polarisation : Orientation du champ électrique dans le plan perpendiculaire à la direction de propagation.

★ À maîtriser

📐 Formule - La relation entre la vitesse de la lumière dans le vide, la longueur d’onde et la fréquence est $C = \lambda f$.

• Les domaines de longueurs d’onde utilisés en télédétection indiqués dans le cours sont :
  • Le visible, de 0,4 à 0,7 µm.
  • Le proche infrarouge, de 0,7 à 1,5 µm.
  • L’infrarouge moyen, de 1,5 à 3 µm.
  • L’infrarouge thermique, de 3 à 15 µm.
  • L’ultraviolet, de 10⁻⁹ m à 0,4 µm.
  • Les micro-ondes, de 1 mm à 1 m.

📌 L’infrarouge réfléchi, de 0,7 à 3 µm, est utilisé comme le rayonnement visible, tandis que l’infrarouge thermique, de 3 à 100 µm, est principalement émis sous forme de chaleur par la surface terrestre.

📌 Le rayonnement micro-onde naturellement émis par les surfaces est très faible et les radiomètres passifs doivent viser des surfaces très vastes, de plusieurs centaines de km², tandis que les radars actifs émettent un rayonnement micro-onde intense et mesurent le rayonnement rétrodiffusé.

Compléments

• Dans le vide, la vitesse de la lumière est $C = 3 \times 10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}$.

• Lors du passage d’un milieu à un autre, la fréquence du rayonnement électromagnétique reste invariable, tandis que sa vitesse de propagation et sa longueur d’onde peuvent être modifiées.

📌 La lumière visible solaire est non polarisée, tandis que la polarisation du rayonnement doit être prise en compte en télédétection micro-ondes, passive ou radar.

• Le spectre électromagnétique couvre une gamme de longueurs d’onde allant approximativement de $10^{-9}\ \mathrm{m}$ à $10^{5}\ \mathrm{m}$, des rayons gamma et X aux micro-ondes et aux ondes radio.

• La lumière visible se décompose en :

  • Violet, de 0,4 à 0,446 µm.
  • Bleu, de 0,446 à 0,500 µm.
  • Vert, de 0,500 à 0,578 µm.
  • Jaune, de 0,578 à 0,592 µm.
  • Orange, de 0,592 à 0,620 µm.
  • Rouge, de 0,620 à 0,7 µm.

• Les couleurs primaires indiquées sont le bleu, le vert et le rouge ; elles ne sont pas créées par d’autres couleurs, mais leur combinaison permet de créer les autres couleurs.

📌 L’œil humain ne perçoit pas les longueurs d’onde inférieures à 400 nm ni celles supérieures à 700 nm, qui appartiennent aux domaines invisibles du spectre.

• L’infrarouge thermique sert notamment à mesurer la température du sol, de l’océan ou des nuages, et sa résolution spatiale est plus limitée qu’en télédétection visible en raison de flux radiatifs mesurés plus faibles.

💡 Astuce mémo

Longue longueur d’onde : faible fréquence ; courte longueur d’onde : fréquence élevée.

📖 4. Sources et mesures du rayonnement

🔑 Notions clés & Définitions

• Flux énergétique : Quantité d’énergie transportée, émise ou reçue par unité de temps, exprimée en watts, équivalents à des joules par seconde.
• Photon : Particule élémentaire représentant une entité discrète d’énergie transportée par le rayonnement électromagnétique.
• Luminance énergétique : Rayonnement quittant une source dans une direction donnée, par unité d’angle solide et par unité d’aire apparente de la source dans cette direction.

★ À maîtriser

📐 Formule - L’énergie associée à un photon est donnée par $E = hf$, où $h = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \mathrm{J\,s}$ est la constante de Planck et f la fréquence.

📌 La luminance décrit le rayonnement quittant une surface dans une direction donnée, tandis que l’émittance correspond au flux qui quitte une surface dans toutes les directions d’un hémisphère.

Compléments

📌 À fréquence élevée et longueur d’onde courte, comme dans l’ultraviolet et la lumière visible, le rayonnement transporte plus d’énergie qu’à fréquence basse et longueur d’onde grande, comme dans l’infrarouge et les micro-ondes.

• Les rayonnements ultraviolet, visible et infrarouge sont émis par les corps selon leur température ; le rayonnement solaire comprend l’ultraviolet, le visible et le proche infrarouge, tandis que le rayonnement terrestre est associé à l’infrarouge thermique.

• Les rayons gamma et les rayons X sont produits par des restructurations des noyaux atomiques liées à la radioactivité.

📐 Formule - Le flux énergétique est exprimé par $\Phi_e = \frac{dQ_e}{dt}$.

• L’intensité du flux énergétique dépend de l’étendue de la surface émettrice ou réfléchissante, de l’ouverture du champ de vision du capteur et de la largeur de la bande spectrale à laquelle le capteur est sensible.

📌 Un flux reçu par une surface est appelé éclairement énergétique, tandis qu’un flux émis par une surface est appelé excitance énergétique.

📖 5. Émission et lois du corps noir

🔑 Notions clés & Définitions

• Corps noir : Corps théorique opaque et non réfléchissant qui absorbe la totalité du rayonnement qu’il reçoit, avec α = 1 et ρ = τ = 0.

★ À maîtriser

📐 Formule - La conservation de l’énergie impose la relation $\alpha + \rho + \tau = 1$.

📐 Formule - La loi de Stefan-Boltzmann exprime l’émittance totale d’un corps noir par $E = \sigma T^4$, où T est la température absolue en kelvins et $\sigma = 5{,}67 \times 10^{-8}\ \mathrm{W\,m^{-2}\,K^{-4}}$.

📐 Formule - La loi de Wien donne la longueur d’onde du maximum de radiance spectrale : $\lambda_{\max}=\frac{2897}{T}\ \mathrm{\mu{}m}$ lorsque T est exprimée en kelvins.

Compléments

• Les coefficients d’absorption α, de réflectivité ρ et de transmissivité τ d’un corps expriment respectivement les parts de l’énergie radiative absorbée, réfléchie et transmise.

• Tout corps dont la température est supérieure à 0 K émet un rayonnement électromagnétique en transformant une partie de son énergie thermique en énergie radiative.

• Le corps noir est un émetteur idéal dont l’excitance est indépendante de l’angle d’émission, dépend de la température selon la fonction de Planck et vérifie $M_e = \pi L_e$.

📌 Le corps blanc réfléchit totalement l’énergie reçue, avec α = 0 et ρ = 1, tandis que les corps naturels sont décrits comme des corps gris ayant une absorption et une réflectivité comprises entre 0 et 1.

📐 Formule - La loi de Planck donne la répartition spectrale de l’énergie émise par un corps noir : $E(\lambda,T)=\frac{C_1}{\lambda^5\left(e^{C_2/(\lambda T)}-1\right)}$, avec $C_1=3{,}74\times10^{-16}$ et $C_2=1{,}44\times10^{-2}$ en unités SI.

• La température en kelvins est donnée par $T_K = T_{°C} + 273{,}16$.

• Pour un Soleil assimilé à un corps noir d’environ 6 000 K, le maximum d’émission se situe à environ 0,48 µm dans le vert ; pour la Terre à 300 K, il se situe à 9,66 µm dans l’infrarouge thermique.

• Lorsque la température d’un corps augmente, son émission visible peut passer du rouge au blanc, car le maximum d’émission se déplace vers les longueurs d’onde plus courtes.

💡 Astuce mémo

Quand la température augmente, l’énergie émise augmente et le maximum d’émission se déplace vers les courtes longueurs d’onde.

📖 6. Interactions avec l’atmosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Diffusion : Changement de direction du rayonnement provoqué par son interaction avec des particules ou des molécules de gaz atmosphériques, sans modification de sa longueur d’onde.

★ À maîtriser

• Avant d’atteindre la surface terrestre, le rayonnement traverse l’atmosphère, où les aérosols et les gaz peuvent le dévier ou le bloquer par diffusion et absorption.

• Les trois types de diffusion atmosphérique sont :

  • La diffusion de Rayleigh.
  • La diffusion de Mie.
  • La diffusion non sélective.

• La diffusion de Rayleigh se produit lorsque les particules sont plus petites que la longueur d’onde ; elle est anisotrope et disperse davantage les courtes longueurs d’onde que les grandes.

• La diffusion de Mie intervient lorsque les particules sont presque aussi grandes que la longueur d’onde ; elle est anisotrope et privilégie les directions proches de la direction initiale du rayonnement.

• La diffusion non sélective se produit lorsque les particules, notamment les gouttes d’eau et les grosses poussières, sont beaucoup plus grandes que la longueur d’onde et disperse toutes les longueurs d’onde.

Compléments

• La diffusion et l’absorption atmosphériques provoquent l’atténuation du rayonnement.

• Le niveau de diffusion dépend de :

  • La longueur d’onde.
  • La densité des particules et des molécules.
  • L’épaisseur de l’atmosphère traversée.

• La diffusion de Rayleigh est prédominante dans les couches supérieures de l’atmosphère et explique le ciel bleu en dispersant davantage les courtes longueurs d’onde bleues de la lumière solaire.

• Au lever et au coucher du Soleil, le rayonnement parcourt une plus grande distance dans l’atmosphère, ce qui disperse davantage les courtes longueurs d’onde et laisse pénétrer une plus grande proportion des grandes longueurs d’onde.

• La diffusion de Mie est souvent produite par :

  • La poussière.
  • Le pollen.
  • La fumée.
  • L’eau.

• La diffusion presque égale du bleu, du vert et du rouge par les gouttes d’eau atmosphériques produit une lumière blanche, ce qui explique l’apparence blanche du brouillard et des nuages.

📖 7. Diffusion et absorption atmosphériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Fenêtres atmosphériques : Les fenêtres atmosphériques sont les régions du spectre peu affectées par l’absorption atmosphérique et utiles à la télédétection.

★ À maîtriser

• La diffusion non sélective disperse presque également le bleu, le vert et le rouge, ce qui rend les nuages et le brouillard blancs.

• L’ozone atmosphérique absorbe les rayons ultraviolets, qui sont néfastes aux êtres vivants.

Compléments

• Le bioxyde de carbone absorbe beaucoup de rayonnement infrarouge thermique et emprisonne la chaleur dans l’atmosphère.

• La vapeur d’eau absorbe une part importante du rayonnement infrarouge de grandes longueurs d’onde et des hyperfréquences de petites longueurs d’onde, entre 22 µm et 1 m.

• La portion visible du spectre correspond à une fenêtre atmosphérique et au niveau maximal d’énergie solaire.

• L’énergie thermique émise par la Terre correspond à une fenêtre située près de 10 µm dans l’infrarouge thermique.

• Une grande fenêtre atmosphérique existe dans les hyperfréquences pour les longueurs d’onde supérieures à 1 mm.

💡 Astuce mémo

Rayleigh disperse surtout les courtes longueurs d’onde ; la diffusion non sélective disperse toutes les longueurs d’onde.

📖 8. Interactions entre rayonnement et cible

★ À maîtriser

• À l’arrivée du rayonnement sur une cible, la surface peut absorber, transmettre ou réfléchir l’énergie incidente, selon sa longueur d’onde, sa nature et son état.

📌 La réflexion spéculaire redirige l’énergie dans une même direction sur une surface lisse, tandis que la réflexion diffuse la répartit dans toutes les directions sur une surface rugueuse.

• La chlorophylle absorbe fortement le rouge et le bleu et réfléchit le vert, ce qui contribue à la couleur verte des feuilles en été.

• L’eau absorbe davantage les grandes longueurs d’onde du visible et du proche infrarouge, et paraît généralement bleue ou bleu-vert parce qu’elle réfléchit davantage les petites longueurs d’onde.

Compléments

📌 La réflexion diffuse domine lorsque la longueur d’onde est beaucoup plus petite que la rugosité de la surface ou que la taille de ses particules.

• En automne, les feuilles contiennent moins de chlorophylle, absorbent moins le rouge et paraissent rouges ou jaunes.

• Les sédiments en suspension dans les couches supérieures de l’eau diminuent la transmission et augmentent la réflexion, rendant l’eau plus brillante et plus claire et déplaçant légèrement sa couleur vers les grandes longueurs d’onde.

💡 Astuce mémo

ATR : Absorption, Transmission, Réflexion.

📖 9. Signatures spectrales des cibles

🔑 Notions clés & Définitions

• Signature spectrale : La signature spectrale est l’allure du spectre électromagnétique réfléchi par un objet, qui dépend de son comportement vis-à-vis de la lumière.

★ À maîtriser

• La comparaison de plusieurs longueurs d’onde peut distinguer des objets dont les signatures sont similaires dans le visible, comme l’eau et la végétation, mais différenciables dans l’infrarouge.

Compléments

• La signature spectrale d’un objet se construit en mesurant l’énergie qu’il réfléchit ou émet à différentes longueurs d’onde.

• La signature spectrale d’une même sorte de cible peut varier dans le temps et dans l’espace.

📖 10. Plateformes et orbites satellitaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Plateforme : Une plateforme, ou vecteur, porte un capteur à distance de la cible observée et peut être située au sol, dans un avion ou un ballon, ou dans l’espace sur un véhicule spatial ou un satellite.
• Orbite géostationnaire : Une orbite géostationnaire est une orbite équatoriale et circulaire située à environ 36 000 kilomètres d’altitude, où le satellite se déplace à la même vitesse angulaire et dans le même sens que la Terre, donnant l’impression d’être immobile.
• Orbite héliosynchrone : Une orbite héliosynchrone est une orbite circulaire quasi-polaire dont le plan permet au satellite d’observer régulièrement un point à la même heure solaire locale.
• Fauchée : La fauchée, ou couloir-couvert, est le couloir de surface balayé par le capteur d’un satellite en orbite.
• Période de revisite : La période de revisite est le délai avant qu’un satellite à capteurs orientables puisse observer à nouveau une surface, parfois plus court que le cycle orbital.

★ À maîtriser

• Les satellites fournissent la majeure partie des données actuellement recueillies par télédétection.

Compléments

• Les capteurs au sol recueillent des informations détaillées sur la surface, qui peuvent être comparées aux données aériennes ou satellitaires.

• Les capteurs aéroportés permettent de recueillir des données ou des images détaillées à l’endroit et au moment voulus.

• Les satellites géostationnaires observent continuellement une région spécifique et sont notamment utilisés pour les communications et l’observation météorologique, comme METEOSAT et GOES.

• Les satellites héliosynchrones circulent à une altitude de 300 à 1 500 km, ce qui permet de bonnes résolutions au sol; LANDSAT et SPOT utilisent ce type d’orbite.

• La largeur de la fauchée des capteurs spatiaux varie généralement d’une dizaine à une centaine de kilomètres.

• Les satellites quasi-polaires couvrent plus fréquemment les régions de haute latitude que les régions équatoriales, en raison du chevauchement accru des fauchées vers les pôles.

💡 Astuce mémo

Géostationnaire : observe continuellement une région ; héliosynchrone : repasse à la même heure solaire locale.

📖 11. Capteurs et compositions colorées

🔑 Notions clés & Définitions

• Bande spectrale : Une bande spectrale est une partie déterminée du spectre électromagnétique dans laquelle un capteur mesure le rayonnement.
• Balayeur multispectral : Un balayeur multispectral est un système de balayage qui utilise plusieurs longueurs d’onde pour acquérir des données.

★ À maîtriser

📌 Un capteur passif mesure le rayonnement naturellement réfléchi ou émis par une cible, tandis qu’un capteur actif produit sa propre énergie pour l’éclairer puis mesure le rayonnement réfléchi.

• Les capteurs passifs mesurent le rayonnement solaire visible et infrarouge proche ou moyen uniquement le jour et en l’absence de nuages, mais peuvent mesurer le rayonnement thermique infrarouge ou hyperfréquence émis par la cible de jour comme de nuit.

📌 Le balayage perpendiculaire à la trajectoire utilise un miroir rotatif pour balayer des lignes d’un côté à l’autre du capteur, tandis que le balayage parallèle utilise des détecteurs alignés poussés le long de la trajectoire.

• Une composition en vraies couleurs associe les bandes rouge, verte et bleue à leurs couleurs respectives, puis combine leurs valeurs pour chaque pixel afin de produire une image en couleur.

Compléments

• Les capteurs actifs permettent des mesures à tout moment de la journée ou de la saison et utilisent notamment les hyperfréquences, peu sensibles aux effets des nuages et des aérosols.

• Le LIDAR utilise une source laser, tandis que le RADAR utilise une source hyperfréquence.

• Le balayage parallèle augmente le temps de résidence par cellule au sol et améliore la résolution radiométrique, mais son calibrage est difficile en raison du grand nombre de détecteurs.

• Les valeurs mesurées dans chaque bande sont enregistrées séparément et représentées par des niveaux de gris; la couleur attribuée à l’affichage peut être changée sans modifier les valeurs des pixels.

• La combinaison de lumière bleue et rouge produit du mauve, tandis que la combinaison de lumière verte et rouge produit du jaune.

💡 Astuce mémo

Les valeurs des pixels restent identiques, même si leur couleur d’affichage change.

📖 12. Détection par hyperfréquences

★ À maîtriser

📌 En télédétection passive par hyperfréquences, le capteur détecte l’énergie naturellement émise dans son champ de vision, qui dépend de la température et de l’humidité de l’objet.

• Les capteurs actifs à hyperfréquences fournissent leur propre rayonnement pour illuminer la cible et se répartissent en capteurs imageurs et non imageurs.

📌 Les capteurs non imageurs, notamment les altimètres et les diffusomètres, tracent généralement un profil unidimensionnel, contrairement aux capteurs imageurs qui produisent une représentation bidimensionnelle.

• Les ondes radar traversent la couche nuageuse et permettent une observation dans presque toutes les conditions atmosphériques et à tout moment ; les données radar et optiques sont complémentaires car elles renseignent différemment sur la surface terrestre.

Compléments

• Le radar (Radio Detection And Ranging) est le système actif à hyperfréquences le plus répandu, et la détection de l’énergie hyperfréquence requiert une antenne.

• Un altimètre radar transmet de courtes impulsions hyperfréquences, mesure leur temps d’aller-retour vers la cible et en déduit sa distance, généralement en visant le nadir pour mesurer la hauteur ou l’élévation.

• Un diffusomètre mesure précisément l’énergie rétrodiffusée par les cibles afin de caractériser des matériaux et des types de surface, à la manière d’une signature de réflectance spectrale dans le visible.

💡 Astuce mémo

Le passif reçoit l’émission naturelle ; l’actif éclaire lui-même la cible.

📖 13. Principes et géométrie radar

🔑 Notions clés & Définitions

• Radar : Instrument de télémétrie comprenant un émetteur, un récepteur, une antenne et un système électronique de traitement et d’enregistrement des données.
• Angle d’incidence : Angle entre le faisceau radar et la normale au sol ; il augmente de la portée proximale vers la portée distale.
• Portée : Distance mesurée perpendiculairement à la trajectoire du satellite, correspondant au rayon d’action du radar.

★ À maîtriser

• Le radar émet à intervalles réguliers de courtes impulsions hyperfréquences concentrées en faisceau, reçoit une partie de l’énergie rétrodiffusée et mesure le délai entre émission et réception pour déterminer la distance et la position des cibles ; le déplacement du capteur permet ensuite de construire une image bidimensionnelle.

📌 La portée proximale est la partie de l’image la plus proche du nadir, tandis que la portée distale est la partie la plus éloignée du radar.

Compléments

• L’azimut est la direction parallèle à la trajectoire du satellite ; l’angle de visée désigne l’angle à partir duquel le radar illumine la surface.

💡 Astuce mémo

Émettre, illuminer, recevoir l’écho, mesurer le délai.

📖 14. Résolution et ouverture synthétique

★ À maîtriser

• La résolution spatiale d’un radar dépend des propriétés du rayonnement hyperfréquence et des effets géométriques ; pour un radar à ouverture réelle, elle dépend de la durée de l’impulsion en portée et de la largeur d’illumination en azimut.

📌 La résolution transversale, ou en portée, dépend de la durée de l’impulsion : deux cibles sont discernables si leur séparation en distance au radar dépasse la moitié de la longueur spatiale de l’impulsion, soit cτ/2, où c est la vitesse de propagation et τ la durée de l’impulsion.

📌 La résolution azimutale dépend de la largeur angulaire du faisceau et de la distance en portée ; elle devient plus grossière lorsque cette distance augmente.

• Le radar à synthèse d’ouverture (RSO) utilise le mouvement de la plate-forme et le traitement des échos de nombreuses impulsions successives pour simuler une antenne plus longue et former une image à haute résolution par combinaison cohérente des échos.

Compléments

• Une antenne plus longue améliore la résolution azimutale, mais sa longueur est limitée à 1 à 2 m sur les plates-formes aériennes et à 10 à 15 m sur les plates-formes spatiales.

💡 Astuce mémo

La portée sépare transversalement ; l’azimut sépare dans le sens du déplacement.

📖 15. Bandes et polarisations radar

🔑 Notions clés & Définitions

• Polarisation radar : Orientation horizontale (H) ou verticale (V) du champ du rayonnement hyperfréquence transmis ou reçu.

★ À maîtriser

• La télédétection radar utilise les fréquences de 0,3 GHz à 300 GHz, correspondant à des longueurs d’onde de 1 m à 1 mm.

📌 La pénétration du signal dans la pluie et la couche de surface augmente avec la longueur d’onde ; les signaux de longueur d’onde supérieure à 2 cm sont peu affectés par les nuages, tandis que la pluie nuit aux signaux de longueur d’onde inférieure à 4 cm.

📌 Les combinaisons HH et VV sont des polarisations parallèles, tandis que HV et VH sont des polarisations croisées ; la première lettre désigne la transmission et la seconde la réception.

Compléments

• La bande X est très utilisée dans les radars aéroportés pour la reconnaissance militaire et la cartographie, tandis que la bande C est répandue dans des systèmes de recherche aéroportés et spatiaux.

• Les principales utilisations citées sont : la bande S par le satellite russe ALMAZ, la bande L par les satellites américains SEASAT et japonais JERS-1 ainsi que dans un système aéroporté de la NASA, la bande P, de plus grande longueur d’onde radar, dans un système aéroporté expérimental de la NASA

• Une image composite combinant polarisations et longueurs d’onde fournit des informations complémentaires sur les cibles.

📖 16. Distorsions des images radar

★ À maîtriser

• La visée oblique du radar mesure les distances obliquement plutôt que les distances horizontales au sol, ce qui entraîne des variations d’échelle entre les portées proximale et distale.

• En imagerie radar, le déplacement du relief se produit perpendiculairement à la trajectoire du satellite et les grands objets sont déplacés vers le capteur.

📌 Le foreshortening comprime une pente lorsque le faisceau atteint sa base avant son sommet, tandis que le layover se produit lorsque le faisceau atteint le sommet d’une cible élevée avant sa base et le replie vers le radar sur celle-ci.

Compléments

• Des cibles de même taille physique paraissent comprimées dans la portée proximale par rapport à la portée distale.

• La distance au sol peut être calculée à partir de la distance oblique et de l’altitude de la plate-forme à l’aide de fonctions trigonométriques.

📌 Le foreshortening est maximal lorsque le faisceau radar est perpendiculaire à la pente, au point que sa longueur apparente en distance oblique peut devenir nulle.

• Le layover est plus important pour de petits angles d’incidence, dans la portée proximale et en terrain montagneux ; les ombres radar apparaissent dans la portée distale derrière les formations verticales ou les pentes raides et sont sombres faute d’énergie rétrodiffusée.

• Le radar permet de contrôler la source d’illumination, de voir à travers les nuages et la pluie ainsi que dans l’obscurité, et produit des images à haute résolution de 3 à 10 m.

• Les caractéristiques que les images radar peuvent mieux faire ressortir comprennent :

  • la glace
  • les vagues océaniques
  • l’humidité du sol
  • la masse végétale
  • certains objets fabriqués par l’homme
  • les structures géologiques

📖 17. Chatoiement et effet Doppler

🔑 Notions clés & Définitions

• Chatoiement radar : Texture poivre et sel produite par les interférences aléatoires constructives et destructives de la diffusion multiple dans chaque cellule de résolution.
• Effet Doppler : Variation apparente de la fréquence d’une onde lorsque la distance entre l’émetteur et le récepteur varie au cours du temps.

★ À maîtriser

• Le chatoiement peut être réduit par le traitement multi-visée, qui combine plusieurs images de la même scène, ou par le filtrage spatial, qui traite une fenêtre de pixels autour de chaque pixel.

📌 Le décalage de fréquence Doppler permet de mesurer la vitesse et la position d’une cible ; pour un radar routier, la fréquence réfléchie est plus élevée quand le véhicule s’approche et plus faible quand il s’éloigne.

Compléments

• Le chatoiement est un bruit qui dégrade la qualité de l’image et peut compliquer son interprétation visuelle ou numérique.

• Les radars routiers utilisent les bandes K ou Ka et doivent être réglés à 25° par rapport à l’axe du déplacement pour que leurs mesures soient exactes.

💡 Astuce mémo

Interférences aléatoires → chatoiement ; décalage fréquentiel → mesure du mouvement.

📖 18. Applications géologiques et lithologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Cartographie structurale : La cartographie structurale identifie et caractérise l’expression en surface des plis, des failles et des linéaments.
• Cartographie des unités géologiques : Identification des unités physiographiques et détermination de la lithologie de la roche en place ou de la stratigraphie générale des unités exposées.

★ À maîtriser

• Les structures géologiques renseignent sur les mouvements de la croûte et les dangers potentiels, notamment les tremblements de terre, les glissements de terrain et l’activité volcanique ; les failles peuvent guider la restriction des constructions dans les zones à risque sismique.

📌 Les unités lithostratigraphiques peuvent être délimitées par leurs signatures spectrales, la structure de leurs strates et la morphologie de la surface ; le VIR renseigne sur la composition, tandis que le radar renseigne sur la texture.

Compléments

• Les applications géologiques de la télédétection comprennent la cartographie des dépôts de surface, lithologique et structurale, l’exploration des agrégats, des ressources minières et pétrolières, la géologie environnementale, la géobotanique, l’infrastructure de base, la surveillance de la sédimentation et des phénomènes naturels, la cartographie des risques géologiques et la cartographie planétaire.

• Le radar est sensible aux variations topographiques et peut distinguer l’expression des structures géologiques qui se répercute dans le couvert forestier.

• La description de la lithologie s’appuie sur : la couleur, les caractéristiques d’altération et d’érosion, les réseaux de drainage, l’épaisseur des bancs rocheux

📖 19. Applications environnementales et agricoles

★ À maîtriser

• La cartographie de la biomasse estime quantitativement la couverture végétale et fournit des informations biophysiques telles que l’indice foliaire (IF), la production primaire brute (PPB) et l’accumulation de biomasse totale (ABT), utiles notamment pour mesurer la santé des forêts.

• En agriculture, les images satellitaires et aériennes servent à classifier les cultures, évaluer leur santé et leur viabilité et surveiller les mesures d’intervention.

• En foresterie, la télédétection surveille le déboisement d’origine naturelle, comme les feux et les infestations, ou humaine, comme les coupes à blanc, les brûlis et l’expansion agricole, ainsi que la santé et la croissance des forêts.

Compléments

• Les applications hydrologiques comprennent la cartographie et la surveillance des marécages, l’évaluation de l’humidité du sol, l’observation et la mesure de la neige, le suivi de la glace fluviale et lacustre, des inondations, des glaciers, des rivières et des deltas, la modélisation des bassins hydrologiques, la détection des fuites de canaux d’irrigation et la planification des horaires d’irrigation.

• La télédétection appliquée à l’utilisation du sol sert à gérer les ressources naturelles, protéger les habitats sauvages, fournir une cartographie de base pour les SIG, suivre l’expansion urbaine, planifier les itinéraires d’exploration et d’extraction, délimiter les dommages liés aux catastrophes, déterminer des limites légales et détecter des cibles ou des infrastructures.

• Les applications agricoles comprennent : la classification des types de cultures, l’évaluation de la santé des cultures, l’estimation de la production totale d’une récolte, la cartographie des caractéristiques du sol, la cartographie des pratiques de gestion du sol, la surveillance de la conformité aux lois et traités

• Les applications forestières mentionnées comprennent : le développement continu, la biodiversité, les titres et cadastres des terres, la surveillance du déboisement, la gestion du reboisement, les opérations de coupes commerciales, la cartographie et la protection des côtes et des bassins versants, la surveillance biophysique des habitats sauvages