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Le sud de la France et le nord de l’Italie : la première image acquise par le satellite Sentinel-2A
le 27 juin 2015 à 10 :25 UTC. Crédit image : Copernicus data (2015) / ESA
C’est fini pour le quiz image du mois de juin… L’Agence spatiale Européenne vient de publier les premières images prises par le satellite Sentinel-2A acquises quatre jours après son lancement par la fusée Vega VV05.
Couverture nuageuse oblige, il s’agit en fait d’un extrait de la première acquisition, un "balayage" effectué depuis la Suède jusqu’à l’Algérie. Les données ont été reçues par la station de Matera en Italie puis traitées par les équipes qui les attendaient avec impatience.
L’extrait choisi comme première image couvre le Sud de la France et le Nord de l’Italie. La météo était effectivement plus favorable samedi 27 juin en fin de matinée. L'ESRIN, le centre de l'ESA spécialisé dans l'exploitation des données d'observation de la Terre, installé à Frascati près de Rome, n'est pas passé loin mais il ne figure pas sur la première image...
Premières images : Sentinel-2 nous en fait voir de toutes les couleurs
Les équipes de l’ESA ont publié plusieurs extraits traités différemment pour mettre en évidence les caractéristiques de l’instrument MSI 5 (Multi Spectral Imager) :
- La haute résolution (10 mètres), avec l’exemple de la ville de Milan et ses environs
- La fauchée, très large (290 km) : c’est la distance au sol couverte par le satellite Sentinel-2 en un seul passage. A une altitude de 786 km, cela représente un angle d’environ 21°, assez inhabituel pour ce niveau de résolution.
- La richesse spectrale (13 bandes spectrales), illustré par les zones agricoles de la plaine du Pô et le littoral de la côte d’Azur, avec l’arrière-pays niçois.
La région de Milan vue par le satellite Sentinel-2A. Extrait d’une Image prise le 27 juin 2015 à 10h25 UTC.
En bas, un extrait en pleine résolution montrant la finesse des détails et l’interêt de ces images
pour les cartes d’occupation des sols. Crédit image : Copernicus data (2015) / ESA
Depuis le lancement de Sentinel-2, les équipes de l’ESOC à Darmstadt ont effectué la vérification de tous les équipements du satellite. Même s’ils ont eu à gérer les petits problèmes habituels rencontrés pendant la phase LEOP (Launch and Early Operation Phase). Après quelques soucis mineurs (valve, viseur d’étoile et récepteur GPS), tout est désormais en ordre de marche et le satellite semble en pleine forme.
L’acquisition des premières images en est la meilleure preuve : « la qualité des premières images dépasse nos attentes » a déclaré un des responsables de l’ESA.
La phase de recette en vol, prévue pour une durée de 3 mois, va donc pouvoir commencer. Ce travail comprend en particulier la calibration et la validation complètes de l’instrument multispectral MSI.
Nice et son aéroport, Villefranche-sur-Mer et l’arière-pays niçois. Représentation en fausse couleurs
d’une combinaison de canaux. Ici, la bande proche-infrarouge à haute résolution, servant à
caractériser l’activité chlorophyllienne, est représentée en rouge. Extrait d’une Image prise le
27 juin 2015 à 10h25 UTC. Crédit image : Copernicus data (2015) / ESA.
Gros Calibre : Sentinel prend le large
Si vous regardez avec attention la première image de cet article, vous noterez les bandes verticales : l’instrument MSI est constitué d’un assemblage de 12 ensembles de détecteurs juxtaposés pour couvrir l’ensemble du champ.
Les bandes sont créées par des différences de sensibilité sur les détecteurs.
Un exemple typique de travail de calibration consiste à régler parfaitement le gain de chaque chaîne de détection pour obtenir une homogénéité parfaire sur l’ensemble du champ.
La première image a été acquise avec des réglages « par défaut ». Après calibration, des paramètres plus adaptés seront définis. On devrait bientôt voir de nouvelles images dans lesquelles les bandes auront totalement disparu…
La principale richesse de Sentinel-2 : sa fauchée…
Les opérations de calibration et de validation portent sur toutes les principales caractéristiques de l’instrument. Les équipes du CNES à Toulouse jouent un rôle important : la qualité image, en particulier pour les instruments optiques, est un de leurs domaines d’excellence.
La caractéristique la plus spectaculaire de Sentinel-2 est sa fauchée : la largeur de la surface terrestre que le satellite couvre à chaque passage. Elle atteint 290 kilomètres !
MERIS (1150 km) et MODIS (2330 km) couvrent un champ plus large mais avec une résolution de quelques centaines de mètres. Dans la même catégorie que Sentinel-2, seule la famille de satellites DMC fait « plus large » (340 km) mais avec une résolution de 22 mètres au nadir.
Pour fixer les idées, voici une illustration comparant les fauchées de quelques satellites. Le côté des carrés correspond à la fauchée. Le fond d’image, couvrant le sud de la France et le nord de l’Italie, provient de Google Earth.
Résolution et fauchée : Sentinel-2 comparé à d’autres satellites d’observation de la Terre.
Infographie : Gédéon
Le nombre de bandes spectrales est également un atout important de Sentinel-2. Même s’il ne dispose pas de canaux dans l’infrarouge thermique (TIR), il ressemble beaucoup à Landsat 8, qui est aujourd’hui la référence dans le domaine des instruments multi-spectraux à haute résolution.
Par exemple, comme Landsat 8, il dispose de deux bandes dans la partie bleue du spectre visible pour mieux étudier les eaux côtières.
J'ai préparé un petit tableau pour comparer les bandes spectrales de quelques satellites à celles de Sentinel-2. Ce n'est pas très lisible (cliquez sur l'image pour la voir en grande taille) mais cela permet de se rendre compte qu'il y a quelques "incontournables" : des bandes spectrales essentielles pour les applications de l'observation de la Terre. Les lignes pointillés marquent des sauts sur l'axe des longueurs d'onde. Pour être complet, il faudrait superposer un diagramme montrant la transparence de l'atmosphère selon la longueur d'onde observée. J'y reviendrai...
Les bandes spectrales de Sentinel-2 comparées à quelques satellites d’observation. Le plus ressemblant ? Landsat 8… Infographie : Gédéon
C’est vert : Sentinel voit rouge !
L’instrument MSI de Sentinel-2 réalise une première : c’est la première mission d’observation de la Terre à avoir trois bandes dans la partie du spectre dite « red edge », dans la région proche infra-rouge correspondant à zone de changement rapide de la réflectance de la chlorophylle : la végétation absorbe fortement dans la partie visible du spectre et réfléchit fortement au-delà de 0,7 µm.
Ces trois bandes spectrales de Sentinel-2 permettront de mieux caractériser le déplacement du « bord rouge » et donc la modification de la concentration en chlorophylle de la végétation, en fonction du stade de développement ou du stress hydrique de la plante.
Première image, Sentinel 2 et François 1er
Au sud de Milan, la ville de Pavie, au niveau du confluent du Ticino avec le Pô. Représentation en
fausse couleurs d’une combinaison de canaux. Ici, la bande proche-infrarouge à haute résolution,
servant à caractériser l’activité chlorophyllienne, est représentée en rouge.
Extrait d’une Image prise le 27 juin 2015 à 10h25 UTC. Crédit image : Copernicus data (2015) / ESA.
Il est également intéressant de comparer la résolution de Sentinel-2 à quelques satellites à très haute résolution. Ceux-ci offrent des résolutions aujourd’hui très inférieures au mètre en mode panchromatique mais leurs images multi-spectrales ont en général une résolution quatre fois inférieure.
En comparant les chiffres, on s’aperçoit que Sentinel-2 fait aujourd’hui aussi bien que SPOT 5 en 2002 et presqu’aussi bien que les satellites SPOT 6 et SPOT 7 (pour les bandes multi-spectrales) qui visent un créneau d’application différent.
Pour la partie visible et proche infrarouge, Sentinel-2 n’aura pas à rougir de la comparaison avec Landsat-8. Lorsque les deux Sentinel-2 (Sentinel-2A et Sentinel-2B) seront en orbite, ils offriront une revisite de 5 jours à l’équateur (3 jours à nos latitudes) : c’est beaucoup mieux qu’un seul Landsat opérationnel (c’est le cas depuis l’avarie de Landsat-7) qui passe seulement tous les 16 jours au-dessus de la même région. On peut s’attendre à ce que les utilisateurs de Landsat-8 jettent un œil très intéressé sur les données acquises par Sentinel-2.
Le tableau suivant compare les missions Sentinel-2 et Landsat 8 :
Comparaison des missions Sentinel-2 et Landsat 8. Infographie : Gédéon
Miroir, mon beau miroir, dis-moi qui est la plus belle ?
L’analogie avec la photographie permet de se faire une idée des prouesses que les équipes toulousaines d’Airbus Defence and Space ont dû réaliser.
La focale d’un téléobjectif impressionne toujours les amateurs et la course à la très haute résolution est souvent perçue comme le seul enjeu de l’observation de la Terre.
Même s’il ne couvre un champ que d’environ 21°, l’instrument MSI de Sentinel-2 serait plutôt un objectif grand angle. Dans ce cas, la performance consiste à offrir la même qualité image, sans aberrations chromatiques et géométriques, sur l’ensemble du champ d’observation. Ce n’est qu’une analogie grossière mais cela fixe les idées…
Sois poli !
L’instrument en carbure de silicium (SIC) de Sentinel 2 offre à la fois une fauchée exceptionnelle, une résolution élevée et un nombre élevé de bandes. Les équipes d’Airbus Defence and Space à Toulouse qui l’ont conçu ont réalisé des prouesses avec leurs partenaires industriels (e2v, Sofradir, Boostec, Jena Optronik, Sener) pour assurer une telle qualité image sur une ouverture aussi large :
- architecture du télécope (de type TMA pour Three-Miror Anastigmat),
- qualité du polissage et état de surface des trois miroirs,
- détecteurs CMOS et Mercure-Cadmium-Tellure (HgCdTe)
- filtres pour les bandes infrarouges, etc.
En sortie des trois miroirs, il y a deux plans focaux : un premier pour les dix bandes visibles et proche infra-rouge (VNIR pour Visible and Near InfraRed) et un second pour les trois bandes dans l’infrarouge courte longueur d’onde (SWIR pour Short Wavelength Infrared).
En moyenne, Sentinel-2 observera les terres émergées et les zones côtières environ 17 minutes par orbite (32 minutes au maximum). Une belle machine à produire des pixels : 29000 par ligne d'image pour couvrir les 290 km de fauchées dans une bonne partie des 13 bandes...
En savoir plus :
- Un article du blog Un autre regard sur la Terre sur le lancement du satellite Sentinel-2A.
- Quand les satellites ouvrent l'oeil pour la première fois : un article du blog Un autre regard sur la Terre sur les premières images des satellites d'observation.
- Le quiz du mois de juin 2015.
- Les autres quiz du blog Un autre regard sur la Terre.
- Sur le site de l’ESA (Agence Spatiale Européenne), un article sur les premières vérifications en orbite et un autre sur les premières images du satellite Sentinel-2A.