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23 février 2016 2 23 /02 /février /2016 10:39

 

30 ans SPOT - Anniversaire - Première image - Multispectrale - Djebel Amour au nord du Sahara algérien. Une des premières images du satellite SPOT 1. Image multispectrale - Sahara algérience - Acquise le 23 février 1986 à 10h39 UTC. Copyright CNES 1986. Distribution Airbus DS

Le Djebel Amour au nord du Sahara algérien. Une des premières images du satellite SPOT 1.
Image multispectrale acquise le 23 février 1986 à 10h39 UTC.
Copyright CNES 1986. Distribution Airbus DS

 

Un bon point avec la première image...

La « première image » d'un satellite d'observation est un évènement important. Très vite après le lancement, il faut vérifier que le satellite fonctionne bien et montrer au monde entier ce qu’il sait faire. SPOT 1 transmet ses premières images en un temps record.

Le 23 février 1986, le lendemain du lancement de SPOT 1, en fin de matinée, les équipes du CNES et de Spot Image (aujourd’hui Airbus Defence and Space) voient s'afficher à l'écran les premières données transmises en temps réel. Le satellite défile du nord au sud, sur une orbite en visibilité de la station de réception d’Issus-Aussaguel. Le nord de l’Europe et la Scandinavie sont sous les nuages mais, au-dessus de Hambourg, le ciel est dégagé. Une première impression très positive...

Emotion et émerveillement : la résolution de 10 mètres met en évidence des détails remarquables. Impression confirmée au survol de la ville de Nice et de la plaine du Pô en Italie : les routes et les villes se distinguent parfaitement dans la campagne enneigée.

 

30 ans du satellite SPOT - Anniversaire SPOT 1 - Première image - En Italie, la plaine du Pô sous la neige - Mode panchromatique - Copyright CNES 1986. Distribution Airbus DS

En Italie, la plaine du Pô sous la neige. Une des premières images acquises en mode panchromatique
par le satellite SPOT 1 quelques heures après son lancement.
Copyright CNES 1986. Distribution Airbus DS

 

Une image multispectrale, avec une résolution de 20 mètres, est acquise au nord du Sahara algérien, à la verticale du Djebel Amour : la composition colorée des bandes verte, rouge et proche infra-rouge donne une image très esthétique. Elle reste dans les mémoires comme « la première image » de SPOT 1.

 

Extrait de l'image multispectrale du Djebel Amour acquises le 23 février 1986
par le satellite SPOT 1 quelques heures après son lancement.
Copyright CNES 1986. Distribution Airbus DS

 

Les tirages en grand format sont présentés au cours d’une conférence de presse à Paris. Par précaution, deux exemplaires sont partis de Toulouse à bord de deux avions différents (l'un des deux avions était peut-être un train...)

 

Révolution de la résolution

Les partenaires du programme SPOT et tous les spécialistes du spatial comprennent que le marché de l’imagerie satellite, dominé jusqu'à présent par les Etats-Unis avec Landsat, vit une révolution : SPOT 1 est le premier satellite civil à pouvoir livrer des images aussi détaillées. 2 mois plus tard, les images de l'accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl confirmeront ce grand changement.

 

Trace au sol du satellite SPOT 1 - 23 février 1986 - Premières images - Hambourg - Plaine du Po -  Nice - Djebel Amour

Illustration montrant la trace au sol du satellite SPOT 1 le 23 février 1986 au moment de
l'acquisition des premières images. Les nostalgiques des années SPOT 1 se souviennent certainement des fameuses grilles de référence SPOT (GRS) et des paramètres KJ utilisés pour localiser une région.
Pour le Djebel Amour, c'est 50-282 qu'on retrouve en en-tête de la première image. Toutes les première
images correspondent à K =50. Crédit image : CNES

 

La "vraie" première image de SPOT 1...

Elle a été prise avant le lancement ! Une blague ? Pas du tout : les lecteurs du blog Un autre regard sur la Terre savent que c'est vrai. Il y a eu des images SPOT prises au sol pendant des essais. J'en avais fait un quiz en septembre 2011 avec une image prise par l'instrument de SPOT 4.

Il y a eu aussi une image de SPOT 1, faite à Toulouse pendant un essai réalisé chez Matra Espace (aujourd'hui Airbus Defence and Space). Si vous habitez à proximité, vous reconnaitrez peut-être les lieux. Ils ont un peu changé et les couleurs sont un peu spéciales...

 

30 ans de Spot - Première image de Spot 1 - Coteaux Saint-Orens - Matra Espace - Airbus - Instrument HRV - Essai au sol - Courtoi - Toulouse.

La "vraie" première image de Spot 1, réalisée à l’occasion d’un essai au sol d’un modèle d’ingénierie
de l’instrument HRV. Extrait d’une photographie scannée aimablement fournie par Philippe Delclaux

 

Michel Courtois, à l’époque chef de projet du programme SPOT 1, se souvient parfaitement des détails de ce test. L'essai a été mené avec le modèle d'ingénierie de l'instrument de SPOT 1 pour ne pas avoir le problème de pollution à l'air qui aurait rendu impossible une telle expérience avec un modèle de vol.

L' instrument a été placé dans le radome de mesure de diagramme d' antenne d' Astrium, le radome avec une face ouverte, le HRV vertical pouvant pivoter en rotation horizontale avec le système prévu normalement pour le déplacement d' antennes. Les barrettes CCD étaient donc verticales et le balayage rotatif horizontal. Un enregistreur du CRIS (centre de rectification des images SPOT) a été couplé au dispositif pour enregistrer les images et les visualiser en "quick look" puis en format impression.

Le résultat est l'’image de la colline de Balma avec le château sur la colline (il s’agit ici d’une photographie papier scannée). Il s’agissait d’un essai « end-to-end » destiné à vérifier la totalité de la chaîne image : acquisition, traitement à bord, enregistrement, télémesure, décommutation et visualisation au sol… Des images ont été enregistrées en position fixe et visualisées chez SEP Image (aujourd’hui Airbus Defence and Space). Deux phénomènes bizarres ont été mis en évidence : le passage d'un train qui en "quick look" montrait des fluctuations de signal, et des réflexions dues à l'absence de masques internes au HRV qui ont été renforcés sur les modèles de vol.

On peut dire que c'est la VRAIE première image de SPOT 1 (ou au moins une copie), un exercice qui aurait réjoui les adeptes de la photographie argentique : reproduction couleur faite par superposition de clichés noir et blanc à travers des filtres colorés et autres petites prouesses informatiques… Le JPEG n'avait pas encore été inventé !

 

La famille SPOT s'agrandit : d'autres photos de famille...

Au moment où SPOT 1 est lancé, on fabrique déjà à Toulouse SPOT 2. SPOT 3, SPOT 4 et SPOT 5 suivront entre 1990 et 2002. Avant les deux satellites à très haute résolution Pléiades-1A et Pléiades-1B puis la nouvelle génération de satellites SPOT avec SPOT 6 et SPOT 7.

A chaque fois, les premières images seront l’occasion d’illustrer les nouvelles caractéristiques techniques et les performances de chaque satellite. Vous pouvez voir ces premières images sur la page « Quand les satellites ouvrent l’œil pour la première fois » mais la famille SPOT mérite à article à part entière. A suivre…

 

La dernière image de SPOT 1 : retour à ses premières amours

Ou plutôt son premier Djebel Amour...

SPOT 1 a eu une durée de vie exceptionnelle. Conçu par une durée de vie nominale de 3 ans, il a fonctionné jusqu’à la fin de l’année 2003 et fourni plus de 2,7 millions d’images. Il est possible que la défaillance rapide des enregistreurs de bord, en limitant la décharge des batteries, ait contribué à cette longévité record mais je n’ai pas pu me faire confirmer cette hypothèse.

La première défaillance importante survient en 2001 : une dégradation brutale du panneau solaire avec une perte de capacité supérieure à 10%, probablement une rupture d’une des connexions entre les différents sous-ensembles de cellules photovoltaïques. L'état du panneau solaire pouvant évoluer de façon imprévisible, il y a un risque de perdre définitivement le contrôle du satellite.

Comme pour les adieux de SPOT 5 à la fin de l’année 2015, le CNES décide alors de procéder à la désorbitation de SPOT 1, en le plaçant sur une orbite plus basse. Les opérations ont lieu du 18 au 28 novembre 2003.

A priori, les recommandations de l’IADC (Inter Agency Space Debris Coordination Committee), qui demandent de prévoir pour tout satellite en orbite basse un retour dans l’atmosphère en moins de 25 ans, ne s’applique pas à SPOT 1 : sa conception est bien antérieure. La plateforme de SPOT ayant été conçue pour servir aussi au futur satellite militaire Hélios, il restait suffisamment d’ergols (hydrazine) dans les réservoirs du satellite pour effectuer cette série de manœuvres : des freinages successifs abaisseront le périgée de l’orbite à 574 km d’altitude.

 

Souvenirs, souvenirs…

Avant de procéder à cette ultime opération dans la vie de SPOT 1, les équipes de Spot Image (aujourd'hui Airbus DS GEO) ont eu l’idée d’acquérir une dernière image « souvenir ». Devinez-où ? Au-dessus du Djebel Amour bien sûr…

La dernière image date du 18 septembre 2003 à 10h37 UTC. Voici une copie du quick-look de la première et de la dernière images prises par SPOT 1 qui m’ont aimablement été communiquées par Philippe Delclaux.

 

30 ans du satellite SPOT - Anniversaire - Première et dernière images - Djebel amour - Février 1986 - Septembre 2003 - CNES - Spot Image

De 1986 à 2003 : une longévité exceptionnelle pour SPOT 1 et 17 années entre la première
et la dernère image du Djebel Amour acquises par le satellite SPOT 1. Version scannée
de deux quicklooks. Crédit image : CNES - Distribution Airbus DS.

 

En savoir plus :

 

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15 février 2016 1 15 /02 /février /2016 08:56

C’était le dernier lancement de l’année 2015. Le 28 décembre 2015, à 16:04 UTC, une fusée chinoise Chang Zheng 3B décollait de Xichang pour mettre en orbite le satellite Gaofen-4.

Un drôle de gros oiseau d'une masse de 4,6 tonnes : un satellite d’observation de la Terre sur une orbite géostationnaire, prévu pour une durée de vie de 8 ans.

 

Gaofen-4 - Everest - Observation de la Terre en orbite géostationnaire - satellite chinois - GEO

Une des premières images du satellite chinois Gaofen-4 : l'Everest vu depuis l'orbite géostationnaire.
Image acquise le 11 janvier 2016
. Crédit image : SASTIND

 

Il est haut le LEO ? Non, il est bas…

La plupart des satellites d’observation optiques sont mis sur des orbites basses, entre 600 et 900 km d’altitude, quasiment polaires et souvent héliosynchrones pour observer la Terre dans les mêmes conditions d’éclairement à chaque passage au-dessus d’une même région. Tous les satellites de la famille Spot, les deux satellites Pleiades, les missions Sentinel de Copernicus, Aqua et Terra, Landsat 8, les satellites Worldview sont sur des orbites LEO (pour Low Earth Orbit).

Ils « défilent » le long de leur orbite à une vitesse de l’ordre de 27000 km/h (7500 m/s) et, comme sur une photocopieuse, c’est le déplacement d’un capteur dans le sens de ce mouvement qui produit l’image.

Les meilleurs instruments des satellites civils, ceux à très haute résolution, produisent ainsi des images avec une résolution de quelques dizaines de centimètres sur un champ assez étroit (de quelques kilomètres à quelques dizaines de kilomètres). Pour d’autres instruments, on privilégie la revisite (la capacité de repasser rapidement au-dessus de la même région) avec un champ plus large et une résolution plus grossière : OLI sur Landsat 8 et MSI sur Sentinel-2 fournissent des images de plusieurs centaines de kilomètres de fauchée et une résolution de quelques dizaines de mètres (de 10 à 60 mètres selon les bandes spectrales).

 

Gaofen-4 - Pékin - Beijing - Smog- Observation de la Terre en orbite géostationnaire - satellite chinois - GEO - Janvier 2016

Deux images de la région de Pékin (Beijing) prise par le satellite Gaofen-4.
A gauche, une image prise le 21 janvier 2016, avec une épaisse couverture dans smog.
A droite, une image du 25 janvier, avec une atmosphère plus claire. Crédit image : SASTIND

 

GEO c’est cool aussi…

Il existe déjà des instruments d’observation embarqués sur des satellites géostationnaires, à une altitude d’environ 35800 km,  la verticale de l’équateur, la seule orbite qui donne une position apparemment fixe par rapport à la Terre. Ce sont surtout des instruments de météorologie comme ceux des satellites Meteosat d’Eumetsat ou des GOES américains.

Il y a aussi l’instrument GOCI à bord du satellite coréen COMS, un instrument de mesure de la couleur de l’eau (GOCI = Global Ocean Color Imager). Dans les deux cas, la résolution reste assez moyenne, entre 250 mètres et 1000 mètres.

A ma connaissance, Gaofen-4 est le premier satellite d’observation de la Terre depuis l’orbite géostationnaire (GEO) dont les images ont une résolution de l’ordre de 50 mètres.

 

Gaofen-4, l’observation permanente à 50 mètres de résolution

Cela peut paraître très modeste mais c’est une première : le grand avantage de l’orbite géostationnaire est l’observation permanente ou à une fréquence très élevée. Il est possible qu’il puisse faire des séquences vidéo ou des pseudo-vidéos, sans changement de point de vue (impossible avec un satellite sur une orbite à défilement). La Chine annonce pouvoir prendre des images toutes les minutes.

Evidemment, la résolution se dégrade quand on s’éloigne de l’équateur. Elle est inexploitable aux latitudes élevées. La résolution de dégrade également quand on dépointe l’axe de visée vers l’ouest ou vers l’est.

D’après ce que j’ai pu lire, Gaofen-4 serait positionné à la longitude 110°E, pratiquement à la verticale de singapour, permettant ainsi de couvrir toute la Chine (sauf la partie nord) et l’Asie du sud-est mais aussi l’Inde, l’Australie et une partie de l’Océan Indien et de l’Océan Pacifique.

Au cours de la journée, Gaofen-4 fournit des images en couleurs à 50 mètres de résolution. Il embarque aussi un instrument infrarouge thermique pour l’observation nocturne (par exemple pour le suivi des grands incendies). Dans ce cas, la résolution des images est de 400 mètres.

L’exemple suivant, même si la qualité de l’image publiée n’est pas très bonne, illustre à la fois la capacité d’observation nocturne et l’observation répétée à cadence élevée.

 

Gaofen-4 - Série temporelle - Revisite - Incendies en Australie - Observation de la Terre en orbite géostationnaire - satellite chinois - GEO - Janvier 2016

Les incendies en Australie au mois de janvier 2016 : séquence d’images au-dessus d’une même
zone prises dans l’infrarouge thermique par le satellite Gaofen-4. Les images sont acquises toutes
les 5 minutes. Crédit image : SASTIND

 

7000 km : c’est long à pied, surtout par la Chine…

Depuis son poste d’observation Gaofen-4 peut s’orienter et pointer son télescope pour couvrir une région d’environ 7000 km sur 7000 km. 49 millions de km2 en Asie, qu’il s’agisse de terres émergées ou d’océan.

Chacune des images couvre un champ de 400 km de côté (160000 km2). Elles seraient donc acquises par un détecteur ou plutôt un assemblage de détecteurs de 8000 par 8000 pixels, soit l’équivalent d’un très bel appareil photo de 64 mégapixels ? Plus probablement, les images sont elles-mêmes construites par mosaïquage de vignettes élémentaires de taille plus réduite (par exemple 1000 x 1000 ou 2000 x 2000 pixels).

Les images illustrant cet article ont été publiées début février par le SASTIND (State Administration of Science, Technology and Industry for National Defence).

Le satellite est développé par le consortium CASC (China Aerospace Science & Technology Corporation) et les moyens sols sont sous la responsabilité du CRESDA (Centre for Resources Satellite Data and Application).

Les applications annoncées concernent les affaires civiles, les forêts, les tremblements de Terre et la gestion des catastrophes naturelles, la prévision du temps.

Les lecteurs du blog Un autre regard sur la Terre savent bien que, dans le cas des catastrophes naturelles, une des contraintes d’utilisation des satellites en orbites basse est la difficulté à garantir l’acquisition d’images avec un délai très court. Les services opérationnels comme la Charte Internationale Espace et Catastrophe Majeures ou le Copernicus Emergency Mapping Service (EMS) contournent les lois de la mécanique spatiale en multipliant le nombre de satellites utilisés.

Même si la résolution de Gaofen-4 est insuffisante pour fournir des images utiles en zone urbaine (la résolution métrique ou submétrique est nécessaire), ce satellite d’observation depuis l’orbite géostationnaire est un premier élément de réponse à l’observation réactive. C’est aussi un excellent outil de surveillance et il ne fait aucun doute que, malgré la résolution encore modeste, Gaofen-4 sera utilisé pour des missions de surveillance voire de défense, par exemple pour observer les déplacements de gros navires ou le sillage de navires rapides, ou de détection de changement.

 

Gaofen-4 - Delta du fleuve jaune - Observation de la Terre en orbite géostationnaire - satellite chinois - GEO - Janvier 2016 Gaofen-4 - Zhu Jiang - Rivière des perles - Delta - Observation de la Terre en orbite géostationnaire - satellite chinois - GEO - Janvier 2016

Le delta du fleuve jaune et celui du Zhu Jiang (la rivière des perles) vus par le satellite
d’observation géostationnaire Gaofen-4. Crédit image : SASTIND

 

En famille

Gaofen-4 fait partie du programme CHEOS (China High-Resolution Earth Observation System), présenté par la Chine comme un programme dual, servant à la fois des utilisateurs civils et militaires.

Les satellites Gaofen-1, 2, 3 , 5 et 8 ont déjà été lancés et mis en orbite basse. Ils emportent différents instruments, optiques ou radar.

Ils sont complétés par la famille des satellites Jilin à plus haute résolution (80 cm pour Jilin-1 lancé en octobre 2015). La Chine a annoncé vouloir lancer 138 petits satellites  d’ici 2030, pouvant survoler chaque point de la Terre toutes les 10 minutes : mettre en place une constellation massive est la seconde possibilité d’augmenter la fréquence de passage au-dessus de n’importe quel point de la surface terrestre.

 

Gaofen-4 - Tibet - Namtso Lake - Observation de la Terre en orbite géostationnaire - satellite chinois - GEO

Au Tibet, le lac Nmatso vu depuis l'orbite géostationnaire par le satellite chinois Gaofen-4.
Image acquise le 11 janvier 2016

 

Et après…

Le critère de Rayleigh, présenté dans un article sur la résolution des satellites d’observation, décrit comment le phénomène de diffraction limite la performance d’un instrument d’observation. Cette formule simple indique que pour augmenter la résolution angulaire, il faut augmenter le diamètre de l’instrument. La finesse des détails visibles décroit aussi quand la longueur d’onde augmente, par exemple dans l’infrarouge thermique.

En appliquant la formule de Rayleigh, on peut estimer que, à  35800 km d’altitude, l’instrument de Gaofen-4 doit avoir un miroir de l’ordre de 100 à 110 cm de diamètre (pour fournir une résolution de 20 mètres à 0,5 µm de longueur d’onde).

C’est certainement une première étape avant de réaliser un miroir de plus grande taille. Dans certains papiers présentés par des chinois, on parle même d’un miroir de 20 mètres de diamètre. Beaucoup plus que Hubble (2,4 mètres) où même que le James Webb Space Telescope alias JWST (6,5 mètres environ de diamètres composé de dix-huit segment de 1,30 mètres) dont on vient d’assembler le dernier segment. Est-ce réaliste ?

En Europe Airbus Defence and Space, travaille sur GO3S, un concept de système d’observation en orbite géostationnaire utilisant un miroir d’environ 4 mètres de diamètre et permettant de produire des images avec 3 mètres de résolution au-dessus de l’équateur.

 

Gaofen-4 - Barrage de Xiaolangdi - reservoir - Observation de la Terre en orbite géostationnaire - satellite chinois - GEO - Janvier 2016 Gaofen-4 - Dunhuang - Province de Gansu - Observation de la Terre en orbite géostationnaire - satellite chinois - GEO - Janvier 2016

A gauche, le barrage de Xiaolangdi sur le fleuve Jaune vu depuis l'orbite géostationnaire par le satellite
chinois Gaofen-4. A droite, Dunhuang dans la province de Gansu,
sur la route de la soie, à l'est du désert du Taklamakan. image acquise le janvier 2016 
Crédit image: SASTIND

 

Le choix des premières images publiées, avec l'Australie, le Tibet et l'Everest, n'est certainement pas anodin.

 

En savoir plus :

 

 

 

 

 

 

 

 

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16 septembre 2015 3 16 /09 /septembre /2015 08:29

 

Avezzano - Abruzzes - L'Aquila - Fucino - Sentinel-2 - Agriculture - Copernicus - ESA - Satellites d'observation - Europe - Satellite

Parcelles agricoles à l’est de la ville d’Avezzano en Italie. Représentation en fausses couleurs d’une image
prise par le satellite Sentinel-2A en juillet 2015. Crédit image : European Space Agency (ESA)

 

Un échiquier géant

Voici une image à la géométrie étonnante : une myriade de parcelles rectangulaires couvrant une surface dont la forme rappelle, au choix, celle de l’Australie (inversée) ou la tête d'un cheval, avec un joli petit nuage et son ombre en guise d'oeil.

Nous sommes en Italie dans la région des Abruzzes. La capitale, L’Aquila, partiellement détruite par un tremblement de terre en avril 2009, est à 40 kilomètres au nord. Sur une image satellite plus large ou sur Google Earth, vous verrez le contraste entre cet échiquier géant parfaitement plat et le relief voisin.

Ces champs sont situés à l’est de la ville d’Avezzano. A l’origine, c’est le lac de Fucino ou lac de Celano, le troisième plus grand lac d’Italie. Dès l’antiquité, les romains, à l’époque de César, Claude, Trajan et Adrien, ont tenté de protéger les terres fertiles qui l’entouraient ou de l’assécher complétement.

 

Des pipes et un pape

C’est en 1862 que le prince Alessandro Torlonia confia à un ingénieur suisse la tâche de le drainer complètement. Il creusa un canal de 6,3 kilomètres de longueur et 21 mètre de largeur, bien visible au centre de l’image. Aujourd’hui c’est une des plaines les plus fertiles d’Italie. Pour la petite histoire, le spatial n’est pas loin : en bas à droite de l’image se Fucino où Telespazio a installé sur 37 hectares un des plus grands centres d’opérations spatiales au monde : Il Centro Spazila « Piero Fanti » del Fucino. Il est impossible de les distinguer sur cette image mais il y a au moins une centaine d’antennes. Le centre héberge notamment la station de contrôle des satellites Cosmo-Skymed. A ma connaissance, c’est le seul site spatial visité par un pape : c’était Jean-Paul II en mars 1985.

 

Rouge, Vert, Bleu ?

Les couleurs de base pour former une image sur votre écran de télévision ? Le drapeau de la Gambie ou de la République d’Azerbaïdjan ?

Non, je vais vous parler aujourd’hui d’agriculture et tenter de répondre à trois questions qui vous brûlent les lèvres :

  • Pourquoi voyons-nous la végétation en vert ?
  • Pourquoi est-elle souvent représentée en rouge sur les images provenant des satellites, comme celle de la région d’Avezzano prise par Sentinel-2 ?
  • Pourquoi n’y avait-il pas de bande bleue sur l’instrument des premiers satellites SPOT et Landsat ?

 

Pourquoi voyons-nous la végétation en vert ?

L’œil humain perçoit la lumière pour les longueurs d’onde comprises entre 0,39 µm (bleu) et 0,78 µm (rouge), avec un maximum de sensibilité autour de 0,555 µm, l’équivalent d’un vert jaunâtre.

C’est la photosynthèse qui est responsable de la couleur verte des plantes, perçue par l’œil humain.

Les feuilles des végétaux contiennent de la chlorophylle. Celle-ci absorbe une partie de l’énergie lumineuse du soleil pour transformer eau et dioxyde de carbone (CO2) en sucre (glucose), dont les plantes se nourrissent et oxygène, relâché dans l’atmosphère. Pratiquement le contraire de l’activité humaine qui rejette trop de CO2 depuis le début de l’ère industrielle…

 

Absorption : vert à moitié plein ou vert à moitié vide

Cette réaction a lieu au cœur des cellules de la feuille, dans les chloroplastes qui contiennent la fameuse chlorophylle. Celle-ci absorbe pratiquement toutes les longueurs d’onde du spectre visible, sauf le vert un peu moins absorbé (10% à 50% du vert est réfléchi) et qui correspond aussi à la couleur que l’œil voit le mieux.
C’est pour cette raison que les feuilles nous apparaissent vertes.

En dehors du spectre visible, c’est très différent : presque la moitié du rayonnement proche infrarouge, qui n’est pas affecté par les pigments des feuilles, est réfléchi. Cette partie du spectre lumineux traverse la feuille jusqu’à une couche de cellules irrégulières et d’espaces intercellulaires dans lesquels les gaz échangés avec l’atmosphère sont stockés. A ce niveau, le proche infrarouge est fortement réfléchi.

Au-delà du proche infrarouge, dans les longueurs d’onde dites SWIR (infrarouge à courte longueur d’onde entre 1,4 µm et 3 µm), la teneur en eau de la végétation influence fortement la signature spectrale de la végétation.

Plus la teneur en eau est forte, plus la réflectance de la végétation diminue, en particulier aux deux bandes d’absorption de l’eau, à 1,45 µm et 1,9 µm. Cette plage de longueur d'onde est très utilisée en observation de la Terre pour détecter un état de stress hydrique de la végétation.

Si vous voulez en savoir plus, je vous recommande les liens cités à la fin de cet article : vous découvrirez des noms nouveaux comme le parenchyme palissadique, le parenchyme lacuneux ou mesophylle. Pas évident à placer au scrabble mais ça impressionnera vos amis.

 

L’absorption au tableau noir

Un petit dessin pour résumer tout cela : voici une courbe typique montrant l’évolution approximative de la réflectance d’une végétation en bonne santé en fonction de la longueur d’onde.

 

Bandes spectrales - Proche infrarouge - Red edge - near infrared - spectrale bands - remote sensing - vegetation index – photosynthesis – végétation – NBVI – reflectance - chlorophylle

Synthèse chlorophyllienne et stress hydrique : variation de la réflectance de la végétation
en fonction de la longueur d’onde (visible, proche infrarouge et SWIR). Crédit image : Gédéon
(d'après une illustration originale de Mark R. Elowitz sur l'imagerie hyperspectrale)

 

C’est le moment de parler du « Red Edge », un anglicisme qui désigne la région de changement rapide de réflectance de la chlorophylle entre le rouge et le proche infrarouge.

 

Red edge : plus ou moins raide

Assez récemment, les satellites d’observation ont commencé à embarquer des capteurs permettant de mesurer finement la réflectance dans cette bande de longueur d’onde. Plusieurs études ont montré que cette information aidait à caractériser le type de végétation, son stade de développement et son état de santé. Par exemple, une augmentation la concentration en chlorophylle entraîne un décalage du Red Edge vers le proche infrarouge.

Les satellites Rapid Eye, lancés en août 2008, sont parmi les premiers à embarquer un instrument possédant une bande particulière pour le Red Edge, entre 0,69 µm et 0,73 µm.

Sur Sentinel-2, deux bandes couvrent cette partie du spectre : la bande 5 (entre 0,697 et 0,713 µm) et la bande 6 (entre 0,733 µm et 0,748 µm)

 

Bientôt l’automne ? Le rouge qui tâche…

En plus de la chlorophylle, les cellules végétales contiennent d'autres pigments comme les caroténoïdes ou les anthocyanes qui absorbent différentes longueurs d’onde. La concentration relative de ces différents pigments explique aussi le changement de couleur des feuilles au fil des saisons.

Au cours de la vie d’une plante, de la maturation jusqu’à la sénescence, de manière naturelle ou à la suite d’un stress ou d’une maladie, la signature spectrale va évoluer.  L’augmentation de la concentration des pigments visibles et la baisse de l’activité chlorophyllienne va réduire l’amplitude du red edge : la courbe présentée plus haut devient beaucoup plus “plate”.

L'estimation de la concentration en chlorophylle est aussi un bon indicateur des besoins en azote des cultures. C'est le principe de base de l'agriculture de précision par satellite, comme le service Farmstar pour les céréales ou Oenoview pour la vigne, déjà évoqués sur le blog Un autre regard sur la Terre.

 

L’index de végétation : c’est majeur…

La combinaison d'une faible réflectance dans le visible et d'une réflectance élevée dans le proche infrarouge est une caractéristique de la végétation active. On parle de signature spectrale de la végétation et des indices (index) de végétation ont été définis pour la caractériser sur les images des satellites d’observation de la Terre.

Un des plus connus, le NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) est calculé à partir des canaux rouge et proche infrarouge. Il met en valeur la différence entre la bande visible du rouge et celle du proche infrarouge.

 

NDVI : ne pas se mettre le doigt dans l'oeil

Cet indice est sensible à la vigueur et à la quantité de la végétation. Les valeurs les plus élevées de cet indice correspondent aux végétations avec un fort niveau de photosynthèse.

Voici un autre exemple d’image prise en juillet 2015, il s’agit de l'île de France au sud-est de Melun (en haut à gauche de l’image). On reconnaît facilement la Seine, le confluent avec l'Yonne et les nombreux plans d'eau : l’eau absorbe très fortement le proche infrarouge et, un peu moins, le rouge. Le vert disparaît presque totalement au-delà de 30-50 mètres de profondeur. L’intérêt de cette image, prise au milieu de l’été, est de présenter plusieurs types de végétations et de cultures : forêts, parcelles de céréales déjà fauchées (moins de chlorophylle) et prairies et cultures encore en croissance (par exemple maïs) pour lesquelles l’activité chlorophyllienne est encore importante. Notez le contraste entre les parcelles cultivées et les forêts en rouge plus sombres (Fontainebleau, Melun, etc.) et la "lisibilité" des cours d'eau et des plans d'eau. La ville de Sens est juste à l'extérieur de l'image "en bas à droite".

 

La région parisienne vue par satellite - Ile de France - Sentinel-2 - Agriculture - Seine - Marne - Copernicus - Parcelles agricoles - Maturation et sénescence - Végétation - Fausses couleurs - ESA - Copernicus

Le sud-est de la région parisienne vue par le satellite Sentinel-2A en juillet 2015.
Crédit image : European Space Agency (ESA)

 

La végétation en rouge sur les images des satellites : la vérité sur les fausses couleurs

La technique de « fausses couleurs » consiste à représenter une série de mesures (cela peut être une image en niveaux de gris) avec des couleurs pour rendre les différences plus visibles. C’est par exemple le cas avec les cartes de température pour bien mettre en évidence les gradients thermiques.

Dans le cas d’images multispectrales, il vaudrait mieux parler de représentation colorée ou de composition colorée. Mais le terme « fausses couleurs » reste très répandu en observation de la Terre pour exprimer la différence avec une représentation en couleurs naturelles.

Votre écran de télévision ou d’ordinateur utilise trois couleurs de base (le rouge, le vert et le bleu, alias RVB ou RGB dans la langue de Shakespeare) pour afficher toutes les nuances colorées d’une image.

Tout se passe bien quand on représente des images dans le spectre visible en couleurs naturelles. Cela se complique un peu avec les satellites d'observation qui ont des bandes spectrales en dehors du spectre visible.

En observation de la Terre, quand il s’agit de combiner d’autres bandes spectrales, la manière de les affecter aux couleurs de base RVB définit une composition colorée.

 

Je suis une bande de jaune à moi tout seul…

Une des compositions colorées les plus utilisées en télédétection consiste à effectuer une translation (décalage) de spectre :

  • La bande proche infrarouge est représentée en rouge.
  • La bande rouge est représentée en vert.
  • La bande verte en bleu.

Il existe beaucoup d’autres représentations colorées. Evidemment, elles sont possibles uniquement si l’instrument embarqué au bord du satellite fournit un nombre important de bandes spectrales (comme MERIS sur Envisat, MODIS sur Terra et Aqua, OLI sur Landsat 8 et désormais MSI sur Sentinel-2). Le blog Un autre regard sur la Terre a souvent publié des images MODIS avec différentes représentations colorées mettant en évidence la neige et les nuages ou la végétation détruite par les incendies.

 

Après l'échiquier, le jeu de Pacman géant...

Tout s’éclaire ? Voilà pourquoi un champ irrigué, par exemple par pivot central comme sur l’image qui suit, ou une prairie avec une herbe bien grasse prennent cette couleur rouge vif. L’eau est noire, bleu sombre ou prend des nuances plus colorées selon la concentration en sédiments et en phytoplancton.

Voici un autre d'exemple très spectaculaire d'agriculture irriguée. Après les rectangles, des cercles parfaits. Des centaines. En fait, des parcelles irriguées par un système d'irrigation à pivot central. Une belle collection  de CD parmi lesquels se cachent quelques pacmans... Sur son site Internet, le CNES a proposé de les compter. Combien en voyez-vous ?

 

Agriculture - irrigation - Satellite - Pivot Central - Arabie Saoudite - Turbajal - Proche infrarouge - Sentinel-2 - Copernicus - ESA - Cercles parfaits - Parcelles agricoles - Europe Agriculture - irrigation - Satellite - Pivot Central - Arabie Saoudite - Turbajal - Proche infrarouge - Sentinel-2 - Copernicus - ESA - Cercles parfaits - Parcelles agricoles - Europe

Des parcelles irriguées par pivot central en Arabie Saoudite dans la région de Turbajal.
Composition colorée avec la bande proche infrarouge à partir d’une
image prise par le satellite Sentinel-2A en juillet 2015. En bas, extrait de l’image.
Crédit image :
European Space Agency (ESA)

 

Pourquoi n’y avait-il pas de bande bleue sur l’instrument des premiers satellites SPOT et Landsat ?

Sur un satellite d’observation, le choix des bandes spectrales, comme la résolution et la fauchée, fait partie  des caractéristiques essentielles, dictées par la mission et les applications visées, les possibilités techniques et l’enveloppe budgétaire.

Comme son nom l'indique, le premier satellite civil d'observation américain, Landsat (alias ERTS), avait pour mission l'étude des terres émergées à moyenne résolution.

Par opposition aux premiers Landsat à résolution moyenne qui visaient les domaines de l’agriculture, la forêt, la géologie, la mission des premiers satellites SPOT comprend dès le départ la cartographie à plus grande échelle.

D’où le choix d’un instrument double, permettant soit la vision stéréoscopique soit la double fauchée (120km), à plus haute résolution (10 mètres pour la bande panchromatique).

Pour l’instrument multispectral, il faut faire un choix : la technologie et la complexité de la séparation des longueurs d’onde limitent  le nombre de canaux à 3 : les bandes spectrales choisies ciblent explicitement l’agriculture et l’étude de la végétation.

 

Décalage vers le rouge…

Donc, pas de bande couvrant la partie bleue du spectre. On a vu plus haut que cela n’empêchait pas de travailler sur l’océanographie côtière, le littoral et les estuaires de fleuves (sédiments, phytoplancton) mais il faut par contre un peu de gymnastique pour produire des images en « pseudo couleurs naturelles ».

Il faudra attendre Spot 6 et Pléiades pour voir l’arrivée d’une bande bleue. Dans la famille Landsat, elle apparaît sur avec l’instrument Thematic Mapper (30 mètres de résolution) de Landsat 4 et Landat 5 lancés en 1983 et 1984.

 

Bandes spectrales - Spectral bands - Spot - Landsat - Pleiades - Pléiades - Rapid Eye - Sentinel-2 - Red edge - VIS - NIR - SWIR - télédétection - remote sensing

Comparaison des bandes spectrales des satellites Spot 5, Pleiades, Rapid Eye, Landsat 8
et Sentinel- 2A. Crédit image : Gédéon.

 

En savoir plus :

 

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9 août 2015 7 09 /08 /août /2015 09:00

7, 8 et 9 août : c’est la nuit des étoiles ! L'occasion de voir des étoiles filantes et découvrir le ciel nocturne, à l’œil nu ou à travers lunettes et télescopes, avec des astronomes amateurs qui font partager leur passion. A Toulouse, au moins deux rendez-vous étaient programmés avec les animateurs de Planète Sciences Midi-Pyrénées et des associations du collectif RAMIP : à la Cité de l’espace et, le lendemain, à Ramonville Saint-Agne. A condition que la météo ne gâche pas la fête...

Avec ou sans nuages, les astronomes observent aussi le ciel avec des instruments qui fonctionnent dans des longueurs d’onde très différentes de ce que voit l’œil humain.

Un exemple d'instrument d'observation du ciel très impressionnant est ALMA, le Réseau d’Antennes Millimétriques de l'Atacama. Cet article vous invite à faire sa connaissance à partir d’une image prise par le satellite d’observation SPOT 6 il y a tout juste un an.

 

ALMA - ESO - European South Observatory - Satellite - SPOT 6 - Airbus Defence and Space - Atacama - plateau de Chajnantor - Chili - Atacama Large Millimeter Array

Le désert d’Atacama près de la ville de San Pedro de Atacama.
Image acquise par le satellite SPOT 6 le 7 août 2014. Crédit image : Airbus DS

 

Des millimètres à 5000 mètres…

A première vue la région paraît désertique…

Cette image prise par le satellite SPOT 6 montre une petite partie du désert d’Atacama au Chili, un peu au nord du tropique du Capricorne, à une soixantaine de kilomètres à l’est de la ville de San Pedro de Atacama et à près de 5100 mètres d’altitude. Nous sommes ici à environ 23°01’ de latitude sud et 67°45’ de longitude ouest, tout près de la frontière avec la Bolivie.

La route visible sur l’image est la route 27 qui conduit de San Pedro de Atacama au Paso de Jama pour rejoindre l’Argentine.

 

ALMA - Atacama Large Millimeter Array - Plateau de Chajnantor  - Cerro Toco - Licancabur - Juriques - San Pedro de Atacama - Chili - ESO - Alain Maury

Photographie prise du plateau de Chajnantor, là où est installé le réseau ALMA.
Crédit image : Alain Maury

 

Drôle de Lascar

On identifie assez facilement des cratères de volcan. La zone claire, pratiquement blanche, n’est pas un chantier ou une mine. Il s’agit du sommet du Cerro Toco, un stratovolcan qui culmine à 5600 mètres d’altitudes. Un peu au sud, c’est le massif volcanique du Purico.

Au nord-ouest, en dehors de l’image deux autres volcans, le Licancabur, à 5900 mètres, et le Juriques (5704 mètres).

Il faut observer attentivement l’image en pleine résolution pour repérer une installation étonnante, au centre du tiers inférieur : c’est l’ALMA, le Réseau d’Antennes Millimétriques de l'Atacama (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array).

 

ALMA - ESO - Chili - Satellite SPOT 6 - Août 2014 - Atacama - réseau antennes - Atacama Large Millimeter Array - Airbus Defence and Space

Un extrait de l’image SPOT 6 en pleine résolution montrant le réseau d’antennes ALMA.
Crédit image : Airbus DS

 

Cette installation impressionnante a été réalisée conjointement par l’Europe, des Etats-Unis et du Japon, qui ont décidé de fusionner trois projets initialement séparés. ALMA a été développé par l'Observatoire européen austral (European Southern Observatory, ESO), l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO) américain et l'Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ).

Il s’agit d’une des installations humaines les plus élevées du monde. Un seul autre bâtiment se situe à une altitude plus élevée : une gare au Tibet.

 

Haute résolution

La résolution de Spot 6 permet de compter les antennes de ce réseau interférométrique. Il y a en a au total 66 : 12 antennes de 7 mètres, au cœur du réseau et 54 plus grandes (12 mètres de diamètre). Elles sont mobiles : en faisant varier la distance qui les sépare, on change les caractéristiques du radiotélescope.

Au nord du réseau d’antennes, on distingue également les bâtiments techniques de l’AOS (Array Operation Site) qui abritent notamment le corrélateur qui combinent les signaux numérisés en provenance des antennes. Les interventions humaines sont limitées au maximum à cause de l’altitude. Les résultats sont transmis à l’OSF (Operation Support Facility) qui est le centre névralgique où travaillent les équipes scientifiques en charge de l’exploitation et de la maintenance du laboratoire. Il n’apparaît pas sur l’image : il est un peu plus à l’est, à 2900 mètres d’altitude : c’est plus sympa de respirer sans les masques à oxygène… 500 personnes peuvent être hébergées sur place. Pendant la phase de construction d’ALMA, les antennes étaient assemblées et testées sur place avant d’être installées sur le plateau de Chajnantor.

 

Télescopes - radiotélescopes - réseaux interférométriques - La Silla - VLT - Keck - ALMA - VLA - Nobeyama - Comparaison altitudes - Pourquoi en montagne - ESO

Plus près des cieux : comparaison des altitudes de plusieurs grands observatoires astronomiques.
Crédit image : ESO

 

Pourquoi une telle altitude ?

Pour avoir un air très sec… Les ondes millimétriques traversent les nuages de gaz et de poussière dans l’espace mais, Comme dans un four à micro-ondes, sont très absorbées par le vapeur d’eau présente dans l’atmosphère.

Même si le Chili a connu très récemment des inondations exceptionnelles, avec une pluviométrie annuelle moyenne de 100 mm, le désert d’Atacama, entouré par la cordillère des Andes à l’est et la Cordillera de Domeyko à l’ouest, est considéré comme une des endroits les plus secs de la planète : l’anticyclone du Pacifique et le courant froid de Humbolt jouent également un rôle important dans le régime de pluie.

L’altiplano permet également d’installer une installation demandant une grande surface. Inutile de préciser que la pollution lumineuse n’est pas ici un problème connu des astronomes…

« Last but not least », le ciel austral contient de nombreux objets célestes intéressants comme le centre de notre galaxie ou les grands et petits nuages de Magellan.

 

Rapport 1000 dans les longueurs d’onde

Un four à micro-ondes utilise des fréquences de l’ordre de 2,45 GHz. Les antennes d’ALMA travaillent dans une gamme de fréquence beaucoup plus élevée, d’environ 85 à 600 GHz, soit 0,32 à 3,6 mm de longueur d’onde. A titre de comparaison, l’instrument de SPOT 6 observe la lumière visible entre 0,45 et 0,9 µm, soit une longueur d’onde mille fois plus petite.

 

Fort antenne : un télescope géant

ALMA est constitué de deux réseaux complémentaires, un peu comme un appareil photo qui serait équipe à la fois d’une zoom puissant et d’un objectif grand angle.

Le réseau principal comporte cinquante antennes de 12 mètres de diamètre. Il fonctionne comme un « miroir » unique géant de taille variable. La distance entre les antennes peut varier entre 150 mètres et 16 kilomètres et lui permet ainsi de « zoomer » très fortement.

Le réseau compact avec douze antennes de 7 mètres et 4 de douze mètres. Il joue le rôle d’objectif à champ large. Pourquoi des antennes plus petites : pour pouvoir les manœuvrer alors qu’elles sont proches les unes des autres… Les 4 antennes de 12 mètres de la base compacte servent à mesurer la brillance absolue (absolute brightness) des objets observés

La précision de la surface des antennes est de l’ordre de 25 microns. Leur pointage est assuré avec une précision angulaire de 0,6 seconde d’arc (une seconde d’arc correspond à 1/3600 de degré). Cela correspond à l’angle sous lequel on voit une pièce de 2 euros à une distance de 6 kilomètres.

Une prouesse quand on sait que ces antennes de 115 tonnes peuvent être déplacées sur leurs camions transporteurs et, sans dôme de protection, doivent supporter sans broncher des températures variant de -20°C à +20°C.

 

ALMA - Atacama - réseau antennes - ESO - Alain Maury - Chili ALMA - ESO - Atacama - Réseau antennes - Plateau de Chajnantor - Alain Maury ALMA - ESO - Chili - Atacama - Atacama Large Millimeter Array - Antennes - Alain Maury

Quelques photographies des antennes d’ALMA prises par Alain Maury à l’occasion d’une visite du site.
Crédit image : Alain Maury

 

Un camion nommé Otto

Inutile de préciser qu’on ne change pas la configuration du réseau ALMA tous les jours… Deux camions géants, baptisés Otto et Lore, ont été fabriqués spécialement pour déplacer les antennes d’ALMA et modifier la configuration du réseau interférométrique. Ils ont également été utilisés pour les acheminer depuis l’Operations Support Facility à 2900 mètres d’altitude jusqu’au plateau de Chajnantor à plus de 5000 mètres.

Les deux véhicules sont très impressionnants : 20 mètres de longueur, 10 mètres de largeur et 6 mètres de hauteurs, 130 tonnes.

 

ALMA - ESO - Camions géants - Otto - Lore - Transport et déplacement des antennes - Atacama - Alain Maury

Otto avec plein de roues : un des deux véhicules servant à déplacer les antennes du réseau ALMA.
Crédit image : Alain Maury

 

28 pneus, mon neveu !

Otto et Lore ont chacun 28 roues. Pour déplacer chacun des deux véhicules, y compris dans le cas de dénivelé important, deux moteurs de 700 CV (500 kW) alimentés par deux réservoirs de 1500 litres. Malgré cette impressionnante puissante, leur vitesse ne dépasse pas 20 km/h, et seulement 12 km/h avec une antenne sur le dos !

Gros mais précis : Otto et Lore peuvent positionner les antennes de 12 mètres avec une précision de quelques millimètres. Les manœuvres critiques de manutention d’antennes sont surveillées par le conducteur qui pilote alors le véhicule avec une télécommande. Vaut mieux ne pas faire de bêtises avec les boutons du joystick…

Si vous prenez la place du conducteur, ne soyez pas surpris par la forme du siège : le dossier est conçu pour pouvoir conduire en portant sur le dos la bouteille d’oxygène nécessaire pour respirer à 5000 mètres d’altitude. Il n’y a pas que les conducteurs qui souffrent : à cette altitude, les moteurs ne délivrent plus que 450 CV à cause du manque d’oxygène.

 

Interférométrie : l’art de travailler en réseau

Les lecteurs du blog Un autre regard sur la Terre qui consultent le calendrier mensuel avec attention ont déjà une idée du problème principal auquel sont confrontés les astronomes qui cherchent une grande résolution angulaire : le phénomène de diffraction impose d’augmenter le diamètre des instruments d’observation pour augmenter la résolution angulaire.

Double peine par l’astrométrie millimétrique : la diffraction augmente proportionnellement avec la longueur d’onde. C’est vrai pour un instrument optique ou pour un instrument à micro-ondes : à diamètre égal, le pouvoir séparateur se dégrade quand la longueur d’onde augmente. Sachez par exemple que la résolution au sol d’un satellite d’observation optique est donnée en général pour une longueur de 0,5 µm.

Une petite comparaison ? Egalement situé au Chili sur le mont Cerro Paranal, le Très Grand Télescope (VLT) de l’ESO, travaillant dans le spectre visible et infrarouge, à un miroir à optique adaptative de 8,20 mètres de diamètre : pour la lumière dans le proche infrarouge à 1 µm de longueur d’onde, la résolution angulaire est de l’ordre de 50 millisecondes d’arc. Environ 10 millionièmes de degré.

Malgré un diamètre 50% plus grand, une antenne d’ALMA, fonctionnant seule à 2 µm de longueur d’onde, a un pouvoir séparateur de seulement 20 secondes d’arc.

Pour offrir la même qualité d’image que le VLT, il faudrait un télescope de plus de 4 kilomètres de diamètre. Impossible de construire un tel objet : à titre d’exemple, le grand radiotélescope d'Arecibo (Porto Rico) a un diamètre de 305 mètres de diamètre…

La seule solution réaliste : l’interférométrie, un réseau de nombreuses petites antennes réparties sur une grande surface et fonctionnant de manière synchronisée.

Les amoureux des maths pouvant vérifier que le pouvoir séparateur équivalent ne dépend plus du diamètre de chaque antenne mais de la distance maximale entre les antennes.

A titre de comparaison, dans sa configuration la plus étendue, ALMA offre un pouvoir séparateur équivalent à celui du HST, le Hubble Space Telescope, dans le spectre visible.

 

ALMAnach : histoire du projet ALMA

A la fin des années 80, plusieurs projets de réseaux de radiotélescopes sont étudiés dans le monde. Très vite, il devient évident qu’un programme aussi ambitieux ne peut être réalisé qu’en coopération internationale.

Le Chili apparaît immédiatement comme un site intéressant. En 1999, un premier memorandum est signé entre les Etats-Unis (National Science Foundation) et l’Europe (ESO). Le Japon rejoint le projet en 2001. L’accord multilatéral portant sur la construction d’ALMA est signé en septembre 2004.

Le premier prototype d’antenne est testé en avril 2003 sur le site ATF (ALMA Test Facility) au Nouveau-Mexique. En janvier 2005, le Japon passe les contrats de fabrication des antennes ACA (ALMA Compact Array). En juillet et en décembre de la même année, les USA et l’ESO lancent les contrats-cadres pour la fabrication de 64 antennes.

En mars 2007, les premières franges d’interférence sont détectées avec un réseau de deux antennes sur le site de l’ATF. En avril, la première antenne arrive au Chili. Dix mois plus tard, en février 2008, les deux véhicules géants de transport sont livrés au Chili. La première antenne est déplacée sur un des véhicules.

La première antenne est installée sur le site de Chajnantor en septembre 2009 et les premiers interféromètres à 3 antennes sont réalisés en Novembre.

En juillet 2011, 1000 propositions sont soumises en réponse à l’appel à projets d’observation et montrent l’intérêt de la communauté scientifique. La seizième antenne de 12 mètres arrive sur site, rejointe en août par la première antenne de 7 mètres.

En octobre 2011, ALMA, en configuration réduite, effectue ses premières observations. En mai 2012, le réseau compte désormais 33 antennes. L’inauguration officielle a lieu en mars 2013.

Début 2015, les premiers essais d’interférométrie à très large base (VLBI) ont été réalisés en combinant les antennes d’ALMA avec le radiotélescope APEX, à une distance de 2,1 km. Ces observations s’inscrivent dans le projet de créer un réseau de télescopes tout autour de la Terre avec une très grande base.

L’illustration suivante rassemble quatre copies d’écran de Google Earth montrant quatre images satellites permettant de suivre l’évolution du site entre 2005 et 2011.

 

ALMA - ESO - Atacama Large Millimeter Array - évolution des travaux - 2005 - 2007 - 2009 - 2010 - 2015 - Google Earth

Sur le plateau de Chajnantor, l’évolution du réseau interférométrique ALMA entre 2005 et 2011
vue avec Google Earth.

 

Que fait-on avec ALMA ? Le zouave ?

Non, on fait de la science… On s’intéresse plus particulièrement à la jeunesse de l’univers et à son évolution.

On aimerait bien aller sur place mais c’est un peu loin : pour étudier les nuages de gaz et de poussières où les étoiles se forment, les astronomes analysent la composition de la lumière et des rayonnements émis ou transmis par les objets interstellaires. La spectroscopie fournit des données essentielles sur leur composition chimique et physique, sur leur formation et leur évolution.

ALMA sert surtout à observer les objets les plus froids de l’univers, ceux qui ont des températures de quelques dizaines de degrés au-dessus du zéro absolu. Les longueurs d’onde millimétrique permet de « voir à travers » des régions rendues opaques à la lumière visible par la concentration de gaz et ou de poussières.  

Les questions auxquelles les scientifiques tentent de répondre avec ALMA portent sur nos origines cosmiques :

  • Les constituants élémentaires des étoiles, les systèmes planétaires, les galaxies, les trous noirs super-massifs, etc.
  • La formation des étoiles et de planètes dans leurs cocons de gaz à proximité de notre système solaire.
  • Les galaxies naissantes aux limites de l'Univers observable, telles qu'elles étaient il y a plus de 10 milliards d'années.

Grâce à sa haute résolution, ALMA peut observer la formation des planètes autour des jeunes étoiles ou rechercher des exo-planètes par astrométrie. Plus près de nous, ALMA s’intéresse aussi au système solaire avec l’étude de l’atmosphère et des poussières des planètes.

 

Les premiers résultats scientifiques d’ALMA

Les illustrations suivantes proviennent de l’ESO qui a publié plusieurs communiqués de presse sur les premiers résultats scientifiques obtenus avec ALMA. Le plus récent date du 8 juin 2015.

Il s’agit de résultats d’une campagne de mesures effectuée par le réseau ALMA en configuration étendue, déployé sur une distance de 15 kilomètres, offrant ainsi un pouvoir séparateur de 23 millisecondes d'arc. A titre de comparaison, la résolution d’Hubble varie de 160 millisecondes d’arc (dans le proche infrarouge) à 22 millisecondes d’arc (dans le proche ultraviolet).

 

Connaissez-vous HATLAS J090311.6+003906, alias SDP.81 ?

C’est l’observatoire Spatial Herschel qui a découvert cette galaxie. Le premier exemple d’image d’ALMA date de la fin de l’année 2014 et offre une vision détaillée d'une galaxie lointaine subissant un effet de lentille gravitationnelle.

Les sept équipes scientifiques internationales qui ont travaillé de manière indépendante sur SDP.81 ont mis en évidence des aspects jusqu’ici inconnue de cette galaxie: les détails de sa structure, son contenu, son mouvement, et quelques autres propriétés physiques.

Les nouvelles images de SDP.81 obtenues avec ALMA ont une résolution environ six fois supérieure à celles acquises dans l'infrarouge par le Télescope Spatial Hubble dont on vient de fêter les vingt-cinq ans en orbite.

Cette finesse permet de voir au cœur de la galaxie SDP.81 des régions de formation d'étoiles (des nuages poussiéreux, probablement de vastes réservoirs de gaz moléculaire froid), semblables à la Nébuleuse d'Orion, mais de dimensions nettement supérieures (environ 100 années-lumière). C'est la toute première fois que ce phénomène de production d’étoiles peut être observé à une distance aussi grande : 11,5 milliards d'années-lumière (par comparaison, la nébuleuse d’Orion est à 1 350 années-lumière de la Terre).

L'information spectrale obtenue avec ALMA permet aussi de mesurer la vitesse de rotation de la galaxie et d'estimer sa masse.

 

Galaxie SDP.81 - vue par le radiotélescope ALMA - lentille gravitationnelle - anneau Einstein - HATLAS J090311.6+003906 Galaxie SDP.81 - vue par le radiotélescope ALMA - lentille gravitationnelle - anneau Einstein - HATLAS J090311.6+003906

La galaxie SDP.81 vue par le radiotélescope ALMA à travers une lentille gravitationnelle. La couleur
orange au centre de l’anneau correspond aux nuages de poussière. Autour, il s’agit d’une raie d’émission caractéristique du monoxyde de carbone. Crédit image : ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)

 

Lentille gravitationnelle

Encore plus étonnant : la lumière en provenance de cette galaxie subit les effets d'un phénomène de lentille gravitationnelle ! Une galaxie massive située entre SDP.81 et ALMA, à environ quatre milliards d’années-lumière de la Terre,  agit comme une lentille et modifie la parcours de la lumière émise par la galaxie plus lointaine et générant un anneau d'Einstein quasi-parfait. Les lentilles gravitationnelles sont prévues par la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, avec la courbure de l’espace et du temps.

Les régions centrales de SDP.81 sont trop peu lumineuses pour être détectées : la modélisation de l'effet de lentille gravitationnelle révèle l'existence d'un trou noir supermassif au cœur de la galaxie lentille située entre la Terre et SDP.81. La masse de ce trou noir correspond à 200 ou 300 millions de fois celle du soleil.

 

Voyage dans le temps.

L’astronomie, c’est un bon moyen de prendre un coup de jeune !

La lumière a mis 11,4 milliards d’années, deux fois l’âge actuel de la Terre,  pour atteindre aujourd’hui les antennes d’ALMA : la galaxie SDP.81 est observée au tout début de sa vie, à une époque où l’univers n'était âgé que de 2,4 milliards d'années.

 

Juno et HL Tauri, un astéroïde et un disque protoplanétaire…

Le deuxième exemple d’image, ou plutôt une série d’images, montre la surface de Juno, un des objets les plus grands de la ceinture d’astéroïdes de notre système solaire. Il s’agit toujours d’une observation dans les longueurs d’onde millimétriques sur une durée d’environ 4 heures.

 

Animation montrant la surface de l’astéroïde Juno vu par ALMA. Mesures effectuées pendant
la « Long Baseline Campaign ». Crédit image : ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)

 

Au moment de la mesure, Juno est à environ 295 millions de kilomètres de la Terre. Pratiquement dans le jardin du voisin, si on compare aux milliards d’années-lumière de SDP.81. Ici, la résolution d’ALMA est de 40 millisecondes d’arc, correspondant à des pixels de 60 kilomètres à la surface de Juno.

 

Planètes très nettes…

On reprend de la distance avec la troisième image : il s’agit d’HL Tauri, une jeune étoile entourée d’un disque protoplanètaire. Pour la première fois, la résolution d’ALMA permet de discerner les différentes structures concentriques de ce disque. Les zones sombres pourraient correspondre à des planètes. On imagine bien tout ’intérêt d’ALMA pour les astronomes s’intéressant à la formation des planètes.

 

Disque protoplanétaire - HL Tau - Vu par le réseau ALMA - ESO - NAOJ - NRAO

Le disque protoplanétaire entourant HL Tau vu par le réseau ALMA. 
Crédit image : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

 

En savoir plus :

 

 

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2 avril 2015 4 02 /04 /avril /2015 08:18

Bientôt la quille !

C’est bientôt la fin d’une époque : treize ans après son lancement en mai 2002, le satellite SPOT 5 va prendre sa retraite.

L’aventure a commencé en février 1986 avec le lancement du satellite Spot 1, et même plusieurs années avant si on prend en compte tous les travaux préparatoires. Le 5ème exemplaire de la famille SPOT prouve qu’elle méritait bien son nom en forme de boutade « Satellite Pour Occuper Toulouse » un peu ironique.

En 2015, on peut constater au contraire que le succès est au rendez-vous dans la région Midi-Pyrénées, avec une filière industrielle compétitive sur le marché internationale, un des deux leaders mondiaux de la commercialisation d’images satellite, de nombreux laboratoires de recherche spécialisés et une myriade de sociétés de services dans le domaine de l’observation de la Terre. Toulouse, capitale européenne du spatial, est peut-être d’abord capitale de l’observation de la Terre. Tous ceux qui ont participé de près ou de loin à cette belle aventure sont certainement émus par ce départ en retraite.

 

Le satellite SPOT 5 immortalisé par Pleiades-1A en février 2012. Depuis le 2 avril,
SPOT 5 s'est un tout petit peu rapproché de l'orbite dePleiades...
Crédit image : CNES – Airbus Defence and Space

 

Portrait de famille

L’image précédente n’est pas un selfie : c’est un portrait du satellite SPOT 5 réalisé par le satellite Pleiades-1A en février 2012, deux mois après son lancement. Réussir une telle image est une prouesse qui montre l’agilité du satellite Pleiades : il a pivoté sur lui–même depuis son orbite à 694 km d’altitude pour pointer son télescope vers son illustre prédécesseur situé à environ 120 kilomètres plus haut.

Réalisé pour les 10 ans de SPOT 5, ce portrait symbolise un changement d’époque, de génération de satellite et de modèle de financement :

  • L’agilité : Pleiades est le premier satellite « agile » construit en Europe : alors que SPOT 5 utilisait un miroir pivotant pour viser sa cible, c’est désormais tout le satellite qui se déplace.
  • La miniaturisation : SPOT 5 pesait trois tonnes au lancement. La masse de Pleiades en début de vie n’est que d’environ 1000 kg. Spot 6 et Spot 7 ne pèsent que 800 kg avec des performances accrues et une capacité d’acquisition similaire. La consommation d’énergie est pratiquement divisée par 2.
  • Le financement : alors que les satellites SPOT 1 à 5, comme les deux satellites Pleiades, ont été pratiquement intégralement financés par de l’argent public, SPOT 6 et SPOT 7 sont le résultat  d’un investissement exclusivement privé, une première mondiale. Difficile de dire quel est le bon équilibre entre le public et le privé. La vente récente de SPOT 7 à l’Azerbaïdjan montre que le débat n’est pas clos.

 

Comparaison des caractéristiques, tailles et allures des satellites Spot 5, Spot 6, Spot 7 et Pleiades

Caractéristiques, allure générale et taille des satellites SPOT 5, Pleiades et SPOT 6. Infographie réalisée par Gédéon à partie d’images fournies par
Airbus Defence and Space

 

Première de couverture

Le portait réalisé par Pleiades fait surtout prendre conscience SPOT 5 a doublé en 2012 sa durée de vie nominale et qu’il s’approche de la fin de carrière avec un beau bilan.

Le site d’Airbus Defence and Space le résume en quelques chiffres :

  • SPOT 5 a acquis plus de 11 833 000 images de la Terre : 24 % sans aucune couverture nuageuse et 36 % avec moins de 10 % de couverture nuageuse.
  • Cela représente une surface totale de plus de 42 600 000 000 km².
  • 120 millions de km² de mosaïque SPOTMaps 2.5, d’une résolution de 2,5 m, ont été produits par les équipes d’Airbus Defence ansd Space
  • 124 millions de km² de paires stéréoscopiques ont été acquises avec l’instrument HRS (Haute Résolution Stéréo). Ces couples stéréo ont permis de produire 80 millions de km² du modèle Elevation30 (Reference3D).
  • Plus de 1500 clients dans 120 pays ont utilisé les images SPOT 5.
  • Jusqu’à 32 stations de réception directe à travers le monde exploitées simultanément.

 

La première image officielle de SPOT 5 acquise le 7 mai 2002, trois jours après
le lancement : le port d’Eleusis en Grèce.
Crédit image : CNES – Distribution Airbus Defence and Space

 

SPOT stoppe ? Pas encore…

La fin du mois de mars 2015 marque donc l’arrêt de l’exploitation commerciale de Spot 5 : il n’y aura plus de nouvelles images fournies aux clients de la branche géo-information d’Airbus Defence and Space. On parle surtout des premières images des satelllites. Très peu des dernières... les toutes dernières images "commerciales" ont été acquises le 29 mars 2015, comme le montrent les deux copies d’écran suivantes correspondant à des recherches d’images Spot 5 en Indonésie et en Russie. Si vous trouvez la « vraie dernière image en catalogue », merci de poster un petit commentaire à la fin de cet article.

 

Deux copies d’écran illustrant une recherche d’images Spot 5 dans le catalogue
d’Airbus Defence and Space à la fin du mois de mars 2015.

 

Désormais, ce sont les satellites SPOT 6 et SPOT 7 qui vont prendre le relais pour les images optiques à haute résolution, en complément de la très haute résolution assurée par les deux satellites Pleiades.

 

 

Comparaison entre les images de SPOT 5 et celles de SPOT 6 et SPOT 7. La résolution
est nettement améliorée, l’emprise au sol reste identique (60 km).
Crédit image : Airbus Defence and Space .

 

Un sursis de quelques mois pour une expérimentation avant la désorbitation

Pourtant, SPOT 5 ne va pas prendre immédiatement sa retraite définitive. Il est en bonne santé et contient encore plus d’ergols qu’il n’en faut pour effectuer la manœuvre de désorbitation.

Cette désorbitation est prévue en octobre. En attendant le grand plongeon, SPOT 5 va faire un saut plus petit en se prêtant à une expérience technologique destinée à préparer l’arrivée du premier satellite européen Sentinel-2 dont le lancement est prévu actuellement le 12 juin.

Cette expérience appelée « Take 5 » et proposée par le CESBIO (Centre d’Etude Spatiale de la Biosphère) a déjà été menée après l’arrêt de l’exploitation commerciale du satellite SPOT 4 en janvier 2013. L’expérience SPOT 4 Take 5 a été menée du 31 janvier au 19 juin 2013. Grâce au soutien financier de l’Agence Spatiale Européenne, SPOT 5 va prolonger cette expérimentation sur une période plus longue.

Le diagramme suivant est un exemple de résultat obtenu sur un site de test en Belgique pendant l’expérience SPOT 4 Take 5. Il illustre ce qu’on pourrait appeler « la revisite effective » en tenant compte de la difficulté à acquérir des images optiques lorsque la couverture nuageuse est trop importante.

 

Expérience Take 5 - Spot - Exemple de résultat - Belgique - Revisite et couverture nuageuse

Revisite théorique et revisite effective : résultats obtenus sur un site en Belgique
et un site au Maroc pendant l’expérience SPOT 4 Take 5.
Plus de détails sur le site du CESBIO.

 

Les barres manquantes le long de l’axe horizontal correspondent à des images totalement nuageuses qui n’ont pas été traitées. L’axe vertical indique le rapport entre le nombre de pixels nuageux (en rouge) et le nombre de pixels exploitables (en bleu). L'exemple en Belgique correspond pratiquement au pire cas observé (avec l'Alsace et le Gabon) sur les 45 sites de SPOT4 (Take5). L’illustration du bas, au Maroc, montre une situation beaucoup plus favorable.

Pour information, lorsque les deux satellites Sentinel-2 seront opérationnels, ils offriront une période de revisite de 5 jours. Actuellement, Landsat-8, seul en opération depuis la panne de Landsat-7, ne passe que tous les seize jours au-dessus de la même région : c’est insuffisant pour le suivi régulier de la végétation et de l’agriculture.

La resolution des images multispectrales de SPOT 5 (10 mètres), identique à celle de Sentinel-2, explique l’intérêt de l'expérience.

 

2 avril 2015 : le CNES à la manœuvre

Afin que SPOT 5 puisse prendre le relais en se déguisant en Sentinelle, deux manœuvres effectuées par les équipes du CNES au Centre Spatial de Toulouse dans la matinée du jeudi 2 avril 2015 (vers 5h30 et 6h20 UTC) ont permis d’abaisser l’orbite de SPOT 5 de quelques kilomètres.

Même si la variation d’altitude paraît faible, cela va modifier considérablement les caractéristiques de l’orbite de SPOT 5 : le cycle orbital de SPOT 5 est actuellement de 26 jours. Sur sa nouvelle orbite, il pourra désormais passer au-dessus d’un même point de la Terre tous les 5 jours, soit une répétitivité identique à celle qu'offriront les deux satellites Sentinel-2 opérés conjointement. Techniquement, on passe d'une cycle avec (14 + 5/26) orbites par jour à un cycle de (14+1/5) orbites par jour.

L'image suivante montre l'évolution des traces au sol. J'ai fait cette simulation sur un cycle de 1000 orbites. Les traces descendantes (passage de jour) sont mises en évidence. Avant la manoeuvre (couleur bleue), au bout de 369 orbites (26 jours), SPOT 5 repasse au dessus du même point. Après la maneouvre (couleur rouge), le cycle se repète après seulement 70 orbites (5 jours). Magique ? Non, il y a un prix à payer : sur le nouvelle orbite, le satellite, avec son champ de vue de 120 km et sa capacité de dépointage, ne couvre plus toute la surface de la Terre.

 

Take 5 - Spot 5 - Comparaison de l'orbite de SPOT avant et après la manoeuvre - Cycle de 26 jours - Cycle de 5 jours

Projection au sol des traces de Spot 5 sur une journée, avant et après la manœuvre
destinée à préparer l’expérience Spot 5 take 5. Sur cette simulation, le décalage en
longitude est arbitraire

 

L'expérience SPOT 5 Take 5 proprement dite se déroulera du 8 avril au 8 septembre 2015, un période couvrant presque tout l’été et particulièrement intéressante pour le suivi de l’évolution de la végétation et des parcelles agricoles. Alors que SPOT4 Take 5 portait sur 45 sites à observer, la nouvelle expérience couvrira 150 sites.

Un décalage en longitude permet d’avoir un angle de vue similaire à celui possible lorsque les deux futurs Sentinel-2 seront en opération : un seul Sentinel-2 a une revisite de 10 jours. SPOT 5 Take 5 ne peut pas donner exactement le même point de vue. Par contre, la possibilité d’observer certains sites à la verticale va être très utile pour les opérations d’étalonnage que l’ESA va bientôt réaliser sur le premier Sentinel-2.

 

Sur Dailymotion, un film de Thierry Gentet expliquant l’intérêt de l’expérience Take 5.

 

Un peu de technique et quelques chiffres pour une utilisation pédagogique à l’école…

S’intéresser au changement d’orbite de Spot 5 à l’occasion de l’expérience Take 5 est une bonne occasion de mettre en pratique quelques principes et lois de la mécanique spatiale de manière très concrète :

  • Les lois de Kepler, déjà présentées sur le blog Un autre regard sur la Terre et rappelées à l’occasion du calendrier du mois de janvier : elles permettent ici de relier la période de rotation du satellite à l’altitude de son orbite : le carré de la période est proportionnel à la puissance cube du demi-grand  axe de l’orbite
  • La formule de Tsiokovski, qui permet de calculer la quantité de carburant nécessaire pour une manœuvre de changement de vitesse orbitale (le fameux delta V de la formule de Tsiolkovski), donc de changement d’orbite. Ici, il s’agit d’un freinage qui va baisser l’altitude de l’orbite et, paradoxalement, lui donner une vitesse plus élevée.

 

Premier petit plongeon pour SPOT 5

L’orbite de départ est l’orbite classique des satellites SPOT 1 à 5 (héliosynchrone et quasi-circulaire).

Dans le jargon de la mécanique spatiale, la manœuvre de changement d’orbite est appelée un transfert de Hohmann, avec deux poussées. La première met le satellite sur une orbite intermédiaire elliptique, la seconde circularise la nouvelle orbite.

Dans un prochain article, je donnerai quelques chiffres caractérisant les manœuvres réalisées par les équipes du CNES. La future manœuvre de désorbitation mettra en jeu des variations de vitesse et des quantités d’ergols beaucoup plus importantes. Cette désorbitation fera également l’objet d’un nouvel article en automne. 

Les caractéristiques et les variations du cycle orbital sur une orbite héliosynchrone ne sont pas des notions très intuitives. C’est le moins que l’on puisse dire… Cela méritera également un article plus détaillé sur le sujet. Voici simplement une illustration que j’ai retrouvée dans un vieux manuel de référence (guide des utilisateurs des données SPOT) et qui aide, à mon avis, à comprendre cette notion de cycle de 26 jours et de sous-cycle de 5 jours.

 

L'orbite des satellites Spot : un cycle de 26 jours, une orbite héliosynchrone (SSO pour sun synchrnous orbit) phasée et un sous-cycle de 5 jours

Exemple de calendrier de passage du satellite SPOT 1 au–dessus de l’Europe et
mettant en évidence le cycle de 26 jours et le sous-cycle de 5 jours. Les deux points
de couleur montre le cycle de 26 jours.
Extrait du « Guide des utilisateurs de données SPOT ».

 

Olivier Hagolle a également écrit un billet très clair sur le blog du CESBIO pour expliquer comment on passe d'un cycle de 26 jours à un cycle de 5 jours en descendant l’orbite de quelques kilomètres. Il explique aussi l’origine du choix du cycle de 26 jours.

En attendant des explications plus détaillées sur les orbites SSO (Sun-Synchronous Orbit), je vous invite à jouer un peu avec les lois de Kepler et l’équation de Tsiolkovski pour estimer des ordres de grandeur (changement d’altitude, de variation de vitesse et de quantité d’ergols). Il vous manque une information : l’impulsion spécifique du système de propulsion de Spot 5, environ 220 secondes.  

A mon avis, cela peut donner lieu à quelques travaux pratiques motivants au lycée.

 

Remerciements :

Je remercie Florian Delmas, Jean-Marc Walter, Sylvia Sylvander et Helène de Boissezon (CNES) et Olivier Hagolle (chercheur et blogueur du CESBIO),  qui ont très aimablement fourni des détails techniques qui m’ont permis d’écrire cet article du blog Un autre regard sur la Terre.

 

En savoir plus :

 

 

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15 août 2014 5 15 /08 /août /2014 21:08

 

Comète 67P - Rosetta - Anaglyphe 3D - Churyumov-GerasimenkImage 3D du noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Anaglyphe créé à partir de deux
images acquises par l’instrument OSIRIS de la sonde Rosetta. Crédit image : ESA / Rosetta / MPS
pour l’équipe OSIRIS MPS / UPD / LAM / IAA / SSO / INTA / UPM / DASP / IDA

 

Dommage pour Svetlana Ivanovna : dans les media, la comète Churyumov-Gerasimenko est maintenant souvent nommée 67P, Chury ou Tchoury. Voici donc 67P en 3D.

 

Chute, on tourne…

Depuis sa sortie d'hibernation en janvier 2014, la sonde européenne Rosetta a commencé depuis le début du mois d'août les manœuvres de mise en orbite autour de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Selon l’activité du noyau, Rosetta pourrait “descendre” jusqu’à 30 km voir 10 km. Ce n’est pas encore une orbite au sens propre : la sonde Rosetta utilise encore actuellement son système de propulsion pour décrire une trajectoire en fore de triangle arrondi. C’est seulement au mois de septembre que Rosetta sera véritablement en orbite autour du noyau de la comète, soumise à son attraction gravitationnelle.

Les observations effectuées actuellement par Rosetta, en particulier avec la caméra à champ étroit Osiris, ont maintenant pour objectif de préparer la grande première prévue en novembre 2014 : faire atterrir le passager de Rosetta, Philae, sur le noyau de la Comète. Un vrai problème, sans gravité : c’est justement la faible attraction du noyau, dont la plus grande dimension est inférieure à 5 kilomètres, qui rend extrêmement complexe cette manœuvre d’atterrissage sur un petit corps.

 

Des pépins avec le noyau…

Plusieurs dispositifs ont été prévus pour maximiser les chances de succès de cette chute à faible gravité : harpon, « vis à glace », par exemple, pour éviter les rebonds.

Dernière petite complication : la forme du noyau.

 

Finalement, ce n’est pas un canard

En tout cas pas aussi lisse qu’un canard en plastique de salle de bain ! La forme étonnante du noyau, presqu’un double noyau, de la comète a donné lieu à des comparaisons variées, haricot, cacahuète ou canard jouet. J’ai une préférence pour la dernière version mais si elle manque un peu de poésie.

Le moins qu’on puisse dire c’est que la surface du noyau est assez tourmentée. Ce n’est pas exactement une belle boule de glace couverte d’une lisse couche de poussière… Cela fait davantage penser à la surface de la lune avec ses cratères. Ou un double-noyau de pêche. Une belle pierre de Rosette en perspective pour les astronomes…

Rosetta - Au plus près du noyau de la comète - Un canard

C’était une illusion : le noyau de 67P
n’est pas un canard.
Crédit image : Gédéon

Comme pour le rover Curiosity avant son atterrissage sur Mars en août 2012, les équipes de scientifiques qui travaillent sur Rosetta, avec l’ESA, le CNES et le DLR (l’agence spatiale allemande) sont donc en train de procéder à une cartographie complète du noyau de la comète dans le but d’identifier des sites d’atterrissages possibles.

 

Rosetta - 67P - Choix site d'atterrissage PhilaePrésentation des premiers modèles 3D du noyau de la comète 67P. Conférence à l’ESTEC
le 6 août 2014 par Stefan Ulamec, le chef de projet Philae au DLR. Crédit image : ESA / J. Mai

 

Objectif : trouver un grand terrain de football, à savoir une surface « assez plate » de 200 mètres de côté.

A partir des cibles possibles qui vont être identifiées, le groupe de travail de sélection des sites d’atterrissages proposera 5 candidats préférés. C’est l’objectif du séminaire de travail qui se tiendra du 22 au 24 août prochain. La destination définition sera ensuite choisie parmi ces cinq candidats.

 

Un noyau en relief

Vous vous souvenez de l’image de la Lune en 3D réalisée à partir de deux images acquises par le satellite Pleiades-1A. C’était un anaglyphe, une représentation particulière de couples stéréo qui permet de percevoir le relief en utilisant des lunettes spéciales avec verres colorés rouge et vert ou bleu.

Vous en avez certainement à la maison : des anaglyphes sont régulièrement publiés dans les revues ou les journaux pour enfants. Peut-être dans une vieille boîte de céréales…

 

Halley les verres…

J’espère que vous avez gardé ces superbes lunettes : l’ESA vient de publier un anaglyphe du noyau de la comète à partir d’images de la caméra OSIRIS de Rosetta alors que la sonde était à 104 kilomètres du noyau de la Comète.

 

Etoile polaire et épipolaire

Voici les deux images de la camera OSIRIS qui ont été utilisées. Leur résolution est d’environ deux mètres, comparable à celle des images de la Terre prises par le satellite Spot 7. Elles ont été acquises à 17 minutes d’intervalle. Comme pour les deux yeux d’un observateur humain ou pour le satellite Pléiades qui se déplace sur son orbite, c’est la différence entre les deux points de vue (appelée « base ») qui permet de mesurer le relief. Je suis curieux de connaître la configuration de la prise de vue, c’est-à-dire la position des 3 points suivants : le « centre » du noyau et la position de Rosetta pour chacune des deux images. En 17 minutes, à une vitesse de 15,61 km/s, le noyau de la comète a parcouru près de 16000 kilomètres. Rosetta à peu près autant…

 

Comète 67P - Rosetta - Churyumov-Gerasimenko - A Comète 67P - Rosetta - Churyumov-Gerasimenko - B

Les deux images de la caméra OSIRIS qui ont été utilisée pour créer l’anaglyphe du noyau de
la comète Churyumov-Gerasimenko présenté dans cet article. Images acquises le 7 août 2014
à une distance de 104 kilomètres du noyau de la Comète.

 

La comète 67P / Churyumov-Gerasimenko est actuellement à environ 409 millions de la Terre et 531 millions de kilomètres du Soleil. Elle poursuit son périple qui l’amènera, avec Rosetta, au plus près du soleil (le périhélie) dans presque exactement un an : ce sera le 13 août 2015. La comète sera alors à 186 millions de kilomètres du Soleil, soit 1,24 unités astronomiques. De nouvelles belles nuits des étoiles en perspective...


En savoir plus :

 

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23 juillet 2014 3 23 /07 /juillet /2014 21:31

 

Spot HRS - Reference 3D - Montagnes - Pyrénées - Tour deLe Tour de France dans les pyrénées : une référence en 3D. Extrait d’un modèle numérique
de terrain produit à partir de données stéréo de l’instrument HRS du satellite Spot 5.
Crédit image : Airbus Defence and Space

 

La petite Reine vers la Reine des Pyrénées

On oublie Armstrong, pour un an, et l'autre Armstrong, définitivement... Depuis mardi 22 juillet, la 101ème édition Tour de France 2014 traverse la région Midi-Pyrénées, avec trois étapes de montagne:

  • Mardi 22, la 16ème étape, en partant de Carcassonne, amenait le peloton dans la région Midi-Pyrénées et lui faisait prendre de la hauteur avec une arrivée à Bagnères-de-Luchon : au total 237.5 km. En 1910, Luchon est entrée dans l'histoire en accueillant l'arrivée, puis le départ, des deux premières étapes de haute montagne du Tour de France, remportées, toutes les deux, par Octave Lapize.
  • Mercredi 23, une « toute petite étape » avec seulement 125 kilomètres entre Saint-Gaudens et Saint-Lary Pla d’Adet…
  • Jeudi 24 juillet, seulement 20 kilomètres de plus que la veille entre Pau et Hautacam, pour la 18ème étape.

Facile ? A condition d'aimer les dénivelés.

 

Les cols n'est pas finie...

Vous connaissez les pistes de ski de descente et de ski de fond à Hautacam ? Ce ne sont pas exactement de très grandes descentes. Très sympa, familial, belles pistes de ski de fond au sommet avec une très belle vue, mais pas la destination de rêve pour les fans de grand frisson… Par contre, pour y monter en voiture depuis Argelès-Gazost, la route monte : la pente est raide…

 

Un pneu à plat dans la montée…

Voilà quelques-uns des cols et des montées, uniquement ceux en catégorie 1 ou hors catégorie, que devront franchir les cyclistes au cours de ces trois étapes. On est fatigué rien qu'en y pensant ! Pour vous reposer, essayez de les localiser sur la carte 3D :

  • Port de Balès (1755 m) : 11.7 km de montée à 7.7%, hors catégorie.
  • Col du Portillon (1292 m) : 8,3 km de montée à 7.1%, catégorie 1.
  • Col de Peyresourde (1569 m) : 13,2 km de montée à 7%, catégorie 1.
  • Col de Val Louron-Azet (1580 m) : 7,4 km de montée à 8.3%, catégorie 1.
  • Montée de Saint-Lary Pla d'Adet (1680 m) : 10,2 km de montée à 8.3%, hors catégorie.
  • Col du Tourmalet (2115 m) - Souvenir Jacques Goddet : 17.1 km de montée à 7.3%, hors catégorie.
  • Montée du Hautacam (1520 m) : 13.6 km de montée à 7.8%, hors catégorie.


Tour de France - Etapes Pyrénées - Tourmalet - HautacamTour de France 2014 - Le profil de l'étape Pau - Hautacam et deux montées hors catégorie :
Le Tourmalet et Hautacam. Source : site du Tour de France

 

Si vous voulez aller encore plus haut, un détour par l'observatoire du Pic du Midi s'impose. Il y a aussi des descentes spectaculaires, comme celle vers le col de Peyresourde.

A l'issue de l'étape du 23 juillet, les coureurs ont parcouru 3115 km. Le maillot jaune, l'italien Vincenzo Nibali, de l'équipe Astana Pro Team, a mis 76h41'54''. Il a 5'26'' d'avance sur le deuxième, Alejandro Valverde Belmonte (Movistar Team).

Il y a trois français dans les cinq premiers du classement général : Thibaut Pinot (Fdj.fr), Jean-Christophe Péraud et Romain Bardet (AG2R La Mondiale). Pierre Rolland (Team Europcar) est 10ème à 13'15" du maillot jaune.

Vendredi 25 juillet, la 19ème étape ramène les coureurs dans la plaine, avant un contre-la-montre individuel en direction de Périgueux puis la remontée vers Paris : après 21 étapes, dont 6 étapes de montagne avec 5 arrivées en altitude, et 3664 parcourus, le Tour de France, parti d’Angleterre, arrivera sur les Champs-Elysées le 27 juillet. Est-ce qu'on verra à nouveau un drapeau tricolore sur le podium ?

 

Une région haute en couleurs

Ce modèle topographique de la région Midi-Pyrénées est extrait de la base de données Elevation30 développée par Airbus Defence and Space et l'IGN. Ces modèles numériques font partie d'une gamme complète de produits et services de géo-information utilisant les données issues des satellites d'observation comme la famille SPOT, Pléiades, ou encore TerraSAR-X et TanDEM-X.

Pour représenter le relief, la couleur varie en fonction de l'altitude, du bleu dans les plaines de la Garonne, de l'Ariège, jusqu'au rouge pour les montagnes, de l'Ariège aux sommets des Hautes-Pyrénées. La palette des couleurs est à l'image de celle des paysages de la Région Midi-Pyrénées, contrastée et colorée.

J’ai également publié sur ce blog d’autres formes de représentation du relief, par exemple les anaglyphes créés à partir d’images Pléiades. Dans ce cas, les couleurs permettent de combiner deux images, destinées à l’œil gauche et à l’œil droit, que des lunettes spéciales à verres colorées permettent de voir « en 3D ».

 

Toulouse Midi-Pyrénées et l’Espace

 

Pour la petite histoire, le modèle numérique de terrain qui illustre cet article sert de couverture à un ouvrage consacré au spatial en région Midi-Pyrénées et présenté très récemment à l’occasion du Toulouse Space Show 2014.

Bilingue (anglais et français), le book-magazine « Toulouse Midi-Pyrénées et l’Espace / Toulouse Midi-Pyrénées and Space » présente l’industrie spatiale, les satellites et leurs applications.

la réalisation a été coordonnée par l’éditeur toulousain Suds-Concepts.

Toulouse Midi-Pyrenees and Space - Toulouse Midi-Pyrénées et l'espace - Sud-Concepts - TSS 2014 - Couverture - Spot 5 - Référence 3D

Dans un format intermédiaire entre ouvrage scientifique et magazine, ce livre présente la première région spatiale d’Europe, et la diversité de son écosystème en donnant la parole à des intervenants variés : le CNES, la science et la recherche, l'industrie des satellites, les sociétés spécialisées dans les services et les applications, etc. Même la Culture scientifique technique et industrielle y est abordée.

L’ouvrage réalisé avec la participation de Airbus Defence and Space, CLS, CNES, Midi-Pyrénées Expansion, Telespazio, Thales Alenia Space et le soutien de Cité de l’espace, ESA, Mercator Océan / MyOcean, la Région Midi-Pyrénées, la Fondation STAE, Planète Sciences Midi-Pyrénées. J'imagine que cela n'a pas été facile de s'entendre sur le choix des articles et des illustrations...

Le livre est surtout diffusé par les partenaires qui l'ont financé mais je crois qu'on peut le trouver à la boutique de la Cité de l'espace, à Toulouse.

 

En savoir plus :

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26 avril 2014 6 26 /04 /avril /2014 17:17

 

Sentinel-1A - Eoliennes - ESTEC - Amsterdam - 15-04-2014Ce n'est pas un nouveau quiz mais un extrait d’une nouvelle image Radar acquise par le satellite
Sentinel-1A. Des petits traits blancs sur un fond noir… Qu’est-ce que c’est ? Crédit image : ESA.

 

Vous avez deviné ? Il s’agit d’une ferme d’éoliennes « offshore » en mer au large de la côte des Pays-Bas, juste au nord d’Amsterdam. Après les premières images officielles, l’ESA vient de publier une nouvelle image acquise par le radar du satellite Sentinel-1A le 15 avril 2014, moins de deux semaines après son lancement. On parle d’imagerie SAR pour « Radar à synthèse d’ouveture » (Synthetic Aperture Radar).

Pour cette image, Sentinel-1A a travaillé en mode Stripmap, qui correspond à une fauchée (largeur de l’image) d’environ 80 km avec une résolution d’environ 10 mètres.

Vous trouverez à la fin de cet article une vue d’ensemble de l’image Sentinel-1A en résolution réduite. L’image en plein format est visible sur le site de l’ESA. En dehors des fermes d’éoliennes, même sur l’image en résolution réduite, on comprend immédiatement l’intérêt d’un satellite radar pour la détection des navires. Ce sont les réflexions du signal radar sur la coque et les superstructures avec des angles multiples qui rend les navires bien visibles. A proximité de la côte, on voit également comment les vagues sont vues par l’instrument CSAR de Sentinel-1A : la mesure de la hauteur des vagues est également une application classique des satellites radar.

 

Mer d’huile en Grèce

Ce n’est pas le cas sur cette image, mais l’imagerie radar permet également de détecter les nappes d’hydrocarbures : en rendant la surface de l’eau plus lisse, la fine couche d’hydrocarbure apparaît plus sombre sur les images radar (sauf quand la mer est trop calme ou trop agitée). La détection des pollutions volontaires ou accidentelles est une des principales utilisations des satellites comme Sentinel-1, TerraSAR-X, Cosmo-Skymed ou Radarsat.

Voici quelques extraits de l’image qui permettent de voir plus en détail la ville d’Amsterdam, le port de Rotterdam et la côte des Pays-bas entre ces deux villes.

 

Dans le port d’Amsterdam : le red light district en noir et blanc

"Schip hol", littéralement le trou, le refuge à bateaux... En fait de port, c’est surtout Schiphol, l’aéroport international d’Amsterdam, qui attire l’attention dans l’image, avec ses pistes bien visibles et les terminaux. Ici aussi, on peut noter la couleur sombre de la surface bien lisse des pistes qui contraste avec les points ou les motifs en forme de croix, très lumineux, créés par la structure des bâtiments.

 

Sentinel-1A - Pays-Bas - Amsterdam - 15-04-2014 - 3Amsterdam et l’aéroport de Schiphol. Extrait de l’image acquise par Sentinel-1A le 15 avril 2014.
Crédit image : ESA

 

Au cœur de la ville d’Amsterdam, la structure du centre historique est très caractéristique, avec, pratiquement, des demi-cercles concentriques délimités par les célèbres canaux. Le centre correspond presqu'exactement à la position de la gare centrale (Amsterdam Centraal). Le fleuve, orienté nord-sud, est l'Amstel (eh oui, cela peut-être de l'eau...).

Plus au sud, c’est la ville et le port de Rotterdam, la seconde ville des Pays-Bas et le plus grand d’Europe, à l’ouest avec la forme des bassins bien visible sur l’image SAR. A l'embouchure du Rhin et de la mesure, le port de rotterdam occupe une position stratégique entre la Manche et la Mer du Nord. 

 

Sentinel-1A - Pays-Bas - Rotterdam - The Netherlands - 15-04-2014 - ESALa ville et le port de Rotterdam. Extrait de l’image acquise par Sentinel-1A le 15 avril 2014.
Crédit image : ESA

 

Sa digue et polders

Entre les deux grandes villes des Pays-bas, en remontant le long de la côte du sud vers le nord, on traverse une zone très urbanisée en traversant successivement La Haye, Leiden et Haarlem. L’aéroport à l’ouest de Leiden est une base aéronavale, Valkenburg Naval Airbase.

 

Des haies à La Haye

On voit également un paysage typique de zone de polders avec des étendues d’eau, noire sur l’image radar, entourées de zones d’agriculture intensive : l’image SAR permet d’identifier la forme des parcelles, en fonction du type de culture, surtout quand les champs sont bordés de haies.

 

Le coyote fait Bip-Bip

Attention sur la route, la vitesse est limitée avec de nombreux radars, non pas en orbite mais régulièrement disposés sur le bord des routes, qui sont très dissuasifs.

Le satellite Sentinel-1A n’est pas encore tout à fait sur son orbite définitive à 694 km d’altitude mais, avant d’être lancé,

 

Sentinel-1A - Pays-Bas - Amsterdam - 15-0-2014 - 2Entre Rotterdam et Amsterdam, la côte des Pays-Bas et l’ESTEC, le principal centre de l’agence spatiale européenne, vus par le satellite Sentinel-1A le 15 avril 2014. Image acquise en mode Stripmap pendant la recette en vol. Crédit image : ESA

 

ESTEC tartare : les sentinelles privées de désert(1)

Dans le commentaire qui accompagne l'image de Sentinel-1A, l’ESA oublie de mentionner qu’on peut voir son principal établissement sur l’image : c’est l’ESTEC (European Space Research and Technology Centre), implanté à Noordwijk, sur la côte un peu au nord de Leiden. C’est facile à reconnaître : une zone urbanisée avec des grands hôtels juste derrière le cordon de dunes. L'ESTEC est au sud, derrière une zone de dunes protégée.

L’ESTEC est le cœur technique de l’ESA, là où la plupart des projets de l'ESA, dans tous les domaines (science, exploration, télécommunications, vols habités, navigation par satellite et d'observation de la Terre) sont nés et où ils sont suivis au cours des différentes phases de développement. Il y a en particulier des moyens d’essais en environnement spatial très impressionnants, dans lesquels un gros satellite entier comme Envisat peut être testé avant son lancement. L’équipe de l’ESA qui a suivi toute la conception, le développement et la fabrication du satellite Sentinel-1A est installée à l’ESTEC.

(1) Subtile allusion au roman "Il deserto dei Tartari" de Dino Buzzati.

 

ESA - ESTEC - Vue aérienne - mai 2013Entre le golf et la plage : vue aérienne de l’ESTEC prise le 6 mai 2013. Au premier plan à gauche,
la Space Expo, avec une maquette d’Envisat et d’autres satellites. Les moyens d’essais sont
dans les grands bâtiments à droite. Crédit image: ESA - Anneke Le Floc'h.

 

Les essais de vide thermique (thermal-vacuum en anglais) s’effectuent dans des caissons de grande taille, des équipements très complexes intermédiaires entre la cocotte-minute et le congélateur qui reproduisent des températures allant d’environ - 200° C à + 150°C. Ils servent à vérifier le fonctionnement des équipements dans des gammes de température extrêmes et du système de contrôle thermique du satellite dans les conditions de l'environnement spatial.

 

ESA - ESTEC - MetOp-B - Essais vide thermique - 07-2010Le module charge utile du satellite Metop-B à la sortie du grand caisson d’essai de vide thermique
en juillet 2010. Crédit image : ESA - Sander Koenen

 

Pour être complet sur les centres de l’ESA et Sentinel-1A, c’est à l’ESOC, à Darmstadt en Allemagne, que sont suivies toutes les opérations (le lancement, la mise à poste, la recette en vol et les opérations de routine). Les équipes de l’ESRIN, situé à Frascati près de Rome, s’occupent des segments sol et de la distribution des données pour Copernicus. L’ESRIN est spécialisé en observation de la Terre.

Il y a également le siège l’ESA à Paris, le Centre des Astronautes Européens (EAC) à Cologne en Allemagne, là où Thomas Pesquet s’entraîne pour sa future mission à bord de l’ISS, le Centre Européen d’Astronomie Spatiale à Villanueva de la Cañada, près de Madrid en Espagne, le Centre Spatial Guyanais (CSG) , le centre de Redu en Belgique (un élément important du réseau de stations sol et le centre de données de météo spatiale). Le petit dernier est installé en Grande-Bretagne, à Harwell dans l’Oxfordshire : c’est l’ECSAT, European Centre for Space Applications and Telecommunications.

 

Sentinel-1A - The Netherlands - Amsterdam -15-04-2014Entre Rotterdam et Amsterdam, la côte des Pays-Bas. Extrait de l’image acquise par Sentinel-1A
le 15 avril 2014. Crédit image : ESA

 

En savoir plus :

 

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8 septembre 2013 7 08 /09 /septembre /2013 09:18

 

Spot 6 - Rim Fire - Yosemite - Infrared - 05-09-2013 - ExtraitExtrait d’une image prise par le satellite Spot 6 le 5 septembre 2013 à 18h41 UTC.
Composition colorée avec le canal proche infrarouge mettant en évidence la végétation brûlée.
Crédit image : Astrium Services

 

Rim Fire vu par Spot 6

Après les images des satellites Aqua, Terra et Landsat, voici des images à beaucoup plus haute résolution. Elles ont été prises le 5 septembre par le satellite Spot 6. Astrium GEO-Information Services vient de les publier dans sa galerie d’images.

Une petite visite sur le catalogue Geostore permet de voir que Spot 5, Spot 6 et les satellites Pléiades ont beaucoup observé la partie ouest du Yosemite National Park ces derniers jours.


Astrium - Catalogue Geostore - Incendie Yosemite - Spot 6 -

Copie d'écran du catalogue Geostore d'Astrium Services avec les images récentes du feu Rim fire
prises par Spot 5, Spot 6 et Pléiades. Crédit image : Astrium Services

 

Il est assez rare qu’Astrium Services présente simultanément dans cette galerie deux représentations colorées différentes d’une même image. Comme pour l’incendie de la Jonqueira en août 2013, c’est le cas pour cette image du Rim Fire en Californie.

Pour les enseignants qui recherchent des images avec plusieurs bandes spectrales pour faire des travaux pratiques de classification avec leurs élèves, c’est un très bon exemple, à exploiter sur des logiciels spécialisés ou simplement avec des outils de retouche d’image permettant de manipuler assez facilement les calques et les canaux (Gimp-2, par exemple, le fait très bien et est gratuit).

 

Spot 6 - Rim Fire - Yosemite - Couleurs naturelles - 05-09-2013 Spot 6 - Rim Fire - Yosemite - Infrared - 05-09-2013 - RR

L’incendie Rim Fire dans le parc Yosemite en Californie. Image acquise par Spot 6 le 5 septembre 2013, présentée de deux manières différentes. A gauche, en couleurs naturelles. A droite, composition colorée
avec la bande proche infrarouge mettant en évidence la végétation brûlée. Crédit image : Astrium Services.

 

L’extrait d’image présenté ici met bien en évidence le double intérêt des images du satellite Spot 6, une caractéristique unique dans la continuité des autres satellites de la famille Spot depuis le lancement de Spot 1 en 1986 :

  • D’une part, la large couverture, avec une fauchée (la largeur de terrain balayée au sol à chaque (passage du satellite) de 60 kilomètres, bien adaptée à des évènements d’une telle ampleur : un bilan mis à jour le 6 septembre sur le site Inciweb fait état d’une surface parcourue par les flammes de 252521 acres soit 102170 hectares. Une seule image de Spot 6 peut encore couvrir la zone d’une largeur d’environ 50 km. Au-delà, l’agilité de Spot 6 lui permet d’acquérir une mosaïque d’images en un seul passage.
  • D’autre part, la haute résolution : les images de Spot 6 sont fournies par deux télescopes NAOMI de 200 mm de diamètre. Comme sur la plupart des satellites, les images sont acquises selon deux modes : le mode panchromatique avec une seule bande spectrale large couvrant le spectre visible (en gros l’équivalent de photographies en noir et blanc) et le mode multi-spectral (4 bandes spectrales assez étroites correspondant à des couleurs bleues, vertes, rouge et proche infra-rouge pour former des images en couleurs).

Sur Spot 6, le champ total de 60 kilomètres est balayé par une ligne de de 28000 capteurs élémentaires pour le premier mode et 7000 pour le second. Cela correspond respectivement à des pas au sol de 2,2 mètres (mode panchromatique) et de 8,8 mètres (mode multispectral) quand le satellite vise à la verticale. Les cinq bandes spectrales sont toujours acquises simultanément. A sol, les images sont ré-échantillonnées à un pas de 1,50 mètre. Un des produits les plus intéressants est celui appelé « pan-sharpened » qui combine la haute résolution du mode panchromatique avec la richesse spectrale du mode multi-spectral.


Satellite Spot 6 - Bandes spectrales - Spectral bandsLes bandes spectrales des satellites Spot 6 et Spot 7, en mode panchromatique et en
mode multispectral. Source : Astrium

 

Feu à volonté

Hasard du calendrier, c’est pratiquement le jour de l’ouverture générale de la chasse en plaine en France (la semaine de la rentrée scolaire !) que les autorités américaines ont rendu publiques les premières conclusions de leur enquête sur les causes de l’incendie Rim Fire.

Selon Le service américain des Forêts (USFS), il s'agit d'un chasseur qui n'a pas maîtrisé le feu de camp qu'il venait d'allumer malgré les interdictions. Une imprudence qui coûte cher : 100000 hectares partis en fumée, plusieurs milliers de personnes mobilisées depuis plus de 3 semaines et un coût provisoire estimé à millions de dollars pour le quatrième plus grand feu de l'histoire californienne. Le nom du chasseur n’a pas été rendu public.

Cette explication dément les rumeurs selon lesquelles le feu été lié à une plantation illégale de marijuana installée dans le parc national de Yosemite.

 

Incendie - Rim Fire - USFS - Yosemite - Drip torch - Burn ops 

Mise à feu contrôlée, une des techniques utilisées par les agents de l’US Forest Service pour ralentir la progression de l’incendie Rim Fire dans le parc Yosemite. Crédit image : Mike McMillan (USFS)

 

Concernant la lutte contre l’incendie, les bulletins d’informations publiés sur le site Inciweb semblent indiquer une évolution plus favorable même si l’incendie continue à progresser, avec un temps toujours très chaud et très sec. Le feu est maintenant contenu à 80% et son activité se poursuit essentiellement à l’intérieur de ce périmètre.

La route SR 120 entre Groveland et le parc national Yosemite a été réouverte à la circulation samedi 7. Le tronçon Tioga Road de Crane Flat à White Wolf reste fermé.

 

Rim Fire - Yosemite - Highway 120 - USFS - Mike McMillan Rim Fire - Yosemite - Monterey Hotshots Hold Line - USFS - Mike McMillanEn haut, la Highway 120 photographiée le 26 août 2013. Pas vraiment le bon moment pour les
touristes. En bas, les équipes de l'USFS au front... Crédit image : Mike McMillan (USFS)

 

Pourquoi c’est noir ? Une petite synthèse sur la chlorophylle

La chlorophylle est un pigment des cellules végétales qui joue un rôle essentiel dans la photosynthèse, le processus chimique qui transforme l'énergie de la lumière en matière organique.

La chlorophylle étant fortement réfléchissante dans le proche infrarouge, cette plage de longueur d’onde (de 0,76 à 0,89 µm sur Spot 6 et Spot 7) est un outil très important en observation de la terre pour tout ce qui concerne le suivi de la végétation, les forêts, l’agriculture.

 

Les petits pois sont verts.

La chlorophylle est responsable de la couleur verte des végétaux : cette bande de longueur d'onde de la lumière étant moins absorbée, la couleur verte est davantage perçue par notre œil.

Sur les images panchromatiques, le feuillage de la végétation est relativement sombre : dans spectre visible, les feuilles ont une réflectance relativement faible (de l’ordre de 15% environ). Dans domaine du proche infrarouge (en gros de 0,7 à 1,3 µm), la réflectance dépend de la structure interne des feuilles et outre le nombre d'assises cellulaires, l'irrégularité des formes des cellules et la déshydratation renforcent le phénomène.

 

Après l’enquête, des indices sur la végétation : surface verte et bord rouge

La réponse spectrale de la végétation est donc assez caractéristique :

  • Une faible réflectance dans le rouge (spectre visible)
  • Une réflectance importante dans le proche infrarouge.

Une modification de la concentration en chlorophylle modifie les réflectances dans les deux plages de longueurs d’onde. Dans leur jargon, les spécialistes de télédétection parlent de “red edge” (le bord rouge).

 

NDVI, VINI, VICI

Plusieurs formules mathématiques ont été imaginées pour caractériser l’état de la végétation sur les images satellites multi-spectrales et mesurer la surface foliaire (en anglais “Leaf Area Index” ou LAI), estimer la biomasse, les rendements des cultures et les changements du couvert végétal.

La plupart des indices combinent deux caractéristiques de la végétation: sa réflectance élevée dans le proche infrarouge (causée par la réfraction du rayonnement au niveau de la structure cellulaire des feuilles) et sa faible réflectance dans le rouge (causée par l'absorption chlorophyllienne).

Un des plus utilisé est l'indice de végétation par différence normalisée (« Normalised Difference Vegetation Index », NDVI) : il est obtenu en calculant le rapport de la différence entre la réflectance dans le proche infrarouge et dans le rouge sur la somme des deux. Sa valeur varie entre -1 (pas de végétation) et +1 (végétation abondante).

NDVI = (NIR - Rouge) / (NIR + Rouge)
avec rouge, valeur du canal rouge et NIR (pour Near Red Infrared), valeur du canal proche-infrarouge.

Un des défauts du NDVI est qu’il peut être assez perturbé par les conditions atmosphériques et les voiles nuageux. De même, quand le couvert végétal est peu dense, l'indice NDVI est influencé par le sol.

Pour les applications les plus pointues, où on cherche à caractériser très précisément l’état de la végétation, les spécialistes utilisent des combinaisons de plusieurs indices. Par exemple, pour le service d’agriculture de précision FARMSTAR, les experts d’Astrium ont défini une batterie d’indicateurs biophysiques caractérisant la surface foliaire, la quantité de chlorophylle, la proportion de sol nu… En combinant ces indicateurs et en les comparant à un modèle théorique de croissante, tout en tenant compte des conditions agro-météorologiques tout au long de la saison, il savent évaluer les besoins en engrais des cultures et estimer le risque d’apparition de certaines maladies : c’est un outil très efficace pour optimiser les apports d’azote et de produits sanitaires.

Et Vini ? Un service similaire a été développé pour la vigne et le vin, afin d'évaluer l'homogénéité de développement du raison dans les parcelle de vigne. C'est Oenoview. Bientôt les vendanges ? Les satellites d'observation participent...

 

Et le noir ? Tout s’éclaire… Le vert est rouge

Sur les images des satellites, la végétation active, du fait de la synthèse chlorophyllienne, présente donc un niveau élevé de réflectance dans le canal Proche infrarouge. Comme cette bande spectrale est représentée en rouge, la végétation en bonne santé apparaît en rouge vif à l’écran.

Dans les zones brûlées, la chlorophylle est détruite : la réflectance dans le proche infrarouge s’effondre. Le rouge vif disparaît. En présence de carbone et de cendres, la réflectance est également faible dans les bandes visibles : dans les zones brûlées, l’image est sombre.

Si vous lisez régulièrement les articles du blog Un autre regard sur la Terre, vous saviez déjà pourquoi la neige était bleue et les zones brûlées rouges sur certains types de représentations des images provenant de l'instrument MODIS. Vous savez maintenant pourquoi la végétation verte est rouge et les zones brûlées noires sur les images des satellites Spot utilisant le canal proche-infrarouge.

 

En savoir plus :

 

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23 janvier 2013 3 23 /01 /janvier /2013 07:45

Pléiades 1B - La Mecque - Anaglyphe - 12-01-2013 - Extrai

En Arabie Saoudite, le complexe Abraj Al Bait Towers de La Mecque vu par le satellite Pléiades 1B. Représentation en 3D sous forme d’anaglyphe d’une paire d’images (extrait) prise le 12 janvier 2013.
Le nord est sur la droite de l’image. Copyright 2013 CNES – Distribution Astrium Services / Spot Image

 

Les films d’action ou d’espionnage véhiculent souvent des idées fausses sur les performances réelles des satellites d’observation, par exemple lire la plaque d’immatriculation d’une voiture. Ce n’est pas encore possible, parce que la résolution des satellites est insuffisante mais aussi parce que les plaques d’immatriculation ne sont pas fixées sur le toit des voitures…

Voilà cependant un exemple d’image réelle qui contredit presque ce que j’écris : lire l’heure sur une horloge depuis un satellite en orbite !

Même sans les lunettes 3D (celles avec les deux verres colorés pour les anaglyphes), on parvient aisément à lire l’heure sur la façade Est de la Makkah Clock Royal Tower, la plus haute tour de l’Abraj Al Bait Towers. Sur l’ensemble de l’image, l’impression de relief est saisissante mais c’est d’abord le niveau de détail qui attire l’attention.

 

D’Hugo Cabret à la Mecque : Les horloges en 3D vues du ciel

Certes, l’horloge est d’une taille impressionnante : pour fixer les idées, la tour de 85 étages, inaugurée en 2012, occupe désormais la seconde place dans le classement des plus hautes tours du monde après la Burj Khalifa de Dubaï : Makkah Clock Royal Tower mesure 601 mètres de hauteur. Avec près de 40 mètres de diamètre, l’horloge elle-même est beaucoup plus grosse que celle de Big Ben (cadran horaire de 7 mètres de diamètre) dans l’Elizabeth Tower du palais de Westminster à Londres : de nuit, on dit qu’elle est visible jusqu’à 17 km à la ronde. Néanmoins, parvenir à lire l’heure sur la façade verticale d’un bâtiment avec un satellite, à 694 kilomètres d’altitude, c’est une grande première !

Vous vous souvenez de la séquence introductive d’Hugo Cabret, le film 3D de Martin Scorsese ? Un formidable plan séquence en traveling qui part du ciel de Paris pour arriver à Hugo en passant par l'extérieur de la gare, les quais de la gare, et l’horloge.

Pour produite l’image 3D présentée ici, le satellite Pléiades n’a pas quitté son orbite à 694 kilomètres d’altitude. Il a simplement acquis deux images de la Mecque à 9 secondes d’intervalle avec un léger dépointage de 15° vers l’ouest, afin de voir la façade des constructions.


Des gyros qui tournent pour suivre la trotteuse

J’ai déjà expliqué comment les actionneurs gyroscopiques du satellite Pléiades pouvaient contrôler très rapidement et très précisément sa position sur son orbite. C’est cette agilité de Pléiades qui permet de prendre les couples ou les triplets d’images utiliser pour reconstituer le relief.

Dans le cas de l’image de la Mecque, le satellite Pléiades 1B a pivoté en 8 secondes pour avoir un décalage très faible entre les deux points de vue.

 

Un anaglyphe offert par le CNES : la 3D à l’œil, c’est louche…

En stéréovision, on parle de rapport B/H (base sur hauteur), le ratio entre la distance entre les deux points d’observation et la distance de la scène. A une vitesse de 27000 km/heure, Pléiades parcourt 7,5 kilomètres par seconde sur son orbite. Entre les deux images, il s’est donc déplacé d’environ 67 kilomètres. Cela fait un B/H d’environ 0,09, à peu près ce qu’un humain adulte obtient en regardant son index avec le bras bien tendu. C’est ce qui explique que l’anaglyphe présenté ici présente un assez bon confort visuel, par rapport à d’autres images où le relief est volontairement accentué. Sur le blog Un autre regard sur le Terre, vous trouverez des informations complémentaires sur la stéréovision, la restitution du relief et d’autres exemples d’anaglyphes produits par les satellites Pléiades.

 

La recette du succès

Ce sont les équipes du CNES qui ont réussi cette prouesse à l’occasion des opérations de recette en vol du satellite Pléiades 1B. Depuis le lancement du satellite début décembre 2012 et l’acquisition de la première image (la ville de Lorient) quelques jours plus tard, la recette en vol a pour objectif de vérifier le bon fonctionnement du satellite sur son orbite.

Une revue intermédiaire tenue le 10 janvier a conclu que toutes les performances attendues du système Pléiades (comme par exemple l’agilité du satellite ou la précision de localisation des images acquises) étaient tenues. La revue finale (final in-orbit acceptance dans le jargon anglais), prévue avant la fin février 2013, sera une des dernières étapes avant l’exploitation opérationnelle et commerciale. 

Académie air espace - Conférence Alain Gleyzes - Pléiade

Affiche de la conférence
organisée par l’Académie de l’Air
et de l’Espace à la Cité de
l’espace le 8 février 2013 à 15h.

Comme l’indique l’affiche de la conférence publique d’Alain Gleyzes, chef de projet Pléiades au CNES, organisée par l’académie de l’air et de l’espace le 8 février prochain, on peut dire avec un peu d’avance de phase que le système Pléiades est totalement opérationnel !

 

Pléiades 1B - La Mecques - Anaglyphe - 12-01-2013 - SE2L’anaglyphe complet publié par le CNES sur son blog « La tête en l’air ». Représentation en 3D sous
forme d’anaglyphe d’une paire d’images prise le 12 janvier 2013.Le nord est sur la droite de l’image. Copyright 2013 CNES – Distribution Astrium Services / Spot Image

 

Universel, atomique, local, légal : voyage dans le temps avec les satellites d’observation

Au-delà de la démonstration de la performance du satellite Pléiades 1B, cette image est l’occasion de revenir sur l’orbite des satellites d’observation de la Terre et sur les conséquences sur les heures de passage des satellites. C’est également un bon prétexte pour faire le point sur les références de temps, au sol et à bord : pas toujours facile de ne pas perdre le nord avec les aiguilles de la montre…

 

Le choix dans l’heure…

Les satellites d’observation de la Terre en orbite basse comme Spot, Pléiades ou Terrasar-X (entre 500 et 800 km d’altitude) ont souvent des orbites héliosynchrones ou « orbite synchronisée avec le soleil » (SSO pour « Sun synchronous Orbit » en anglais).

Ce type d’orbite permet de garantir un niveau minimal de revisite (la fréquence de passage au-dessus d’un même point) et d’effectuer des prises de vue dans des conditions d’éclairement solaire identiques tout au long de l’année (à l’exception du cycle des saisons), permettant de comparer plus facilement des images (comme par exemple pour la cartographie rapide en cas de catastrophe majeure mais aussi pour des applications comme l’agriculture de précision).

La nature est bien faite : c’est l’utilisation astucieuse de l’aplatissement du globe terrestre qui permet d’assurer qu’un satellite, sur un orbite basse correctement inclinée par rapport à l’équateur, passera à une heure solaire fixe au-dessus d’une latitude donnée : si l’inclinaison est supérieure à 90°, la forme aplatie de notre planète entraîne une dérive naturelle vers l’est de la trajectoire, dont dans le sens de rotation de la Terre sur elle-même. Technique, on parle de précession nodale : elle vaut 0,985° par jour (il faut environ 365,24 jours pour effectuer les 360° autour du soleil).

Cette particularité des orbites héliosynchrones est caractérisée par un paramètre important : l’heure solaire locale du nœud descendant, c’est-à-dire le moment où la trajectoire du satellite coupe le plan de l’équateur du nord vers le sud. Pour Pléiades, c’est 10h30.

Quand on s’intéresse aux satellites d’observation et à l’acquisition des images, on doit donc avoir une super-montre qui indique l’heure sous au moins quatre formes différentes :

  • L’heure solaire locale : C’est l’heure locale naturelle que nous pouvons percevoir avec le mouvement du Soleil et l’alternance jour-nuit. Le Soleil indique le midi au moment où il est au plus haut dans le ciel. C’est l’heure qu’on peut lire sur un cadran solaire. On définit ainsi le temps solaire vrai en un lieu comme l'angle horaire du Soleil en ce lieu pour un instant donné. Les coordonnées géographiques de la Mecque sont 21°25′08″ de latitude Nord et 39° 49′ 35″ de longitude Est. Sur le site de l’IMCCE (l’Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides), le calculateur d’éphémérides, déjà utilisé à plusieurs reprises sur le blog Un autre regard sur la Terre, indique qu’au moment où l’image est acquise par Pléiades, l’angle horaire est de 22h26m58s (il est compté dans le sens rétrograde). Cela veut dire qu’il faudra encore une heure et 33 minutes avant que le soleil n'atteigne le zénith. Il est donc 10h27 en heure solaire locale. Cela vous rappelle quelque chose concernant l’orbite de Pléiades ?
  • L’heure légale du lieu d’observation : c’est l’heure donnée par l’horloge de la Makkah Clock Royal Tower et qu’on peut lire sur l’image de Pléiades. Il est 10h56 au moment où l’image est acquise. Pour ne pas avoir une heure qui dépende du lieu exact où on se trouve, les pays définissent une heure légale de façon que l'heure solaire moyenne sur ce territoire ne s’écarte pas trop de l'heure légale. Quand c’est possible, à l’intérieur d’un fuseau horaire, c’est pratique d’avoir une heure légale unique pour l’ensemble d’un pays. Cela ne marche pas pour les très grands pays comme les Etats-Unis, la Russie ou l’Australie qui définissent plusieurs zones. On parle par exemple d’heure EST à New York, or d’heure CST à Houston encore d’heure PST à Los Angeles. Cela se complique encore un peu avec les pays qui ont mis en place le système d'heure d'été et d'heure d'hiver.
  • Le Temps universel coordonné (UTC) : si l’heure légale s’applique sur un territoire donné, il n’est pas possible de l’appliquer partout dans le monde. La coordination d’activités internationales a amené les états à se mettre d'accord pour définir un temps universel, référence unique pour tous, et des temps locaux qui ne différent que d'un nombre entier d'heures (il y a quelques exceptions), par la création des 24 "fuseaux horaires". Chaque pays définit donc son heure légale par rapport à l’heure UTC, soit UTC ± N heures. L’image présentée ici a été acquise le 12 janvier à 7h56 UTC, correspondant à 10h56 en heure locale pour l’Arabie Saoudite. L’ancienne appellation « temps moyen de Greenwich » (sigle « GMT » en anglais) reste très utilisée. Pour la petite histoire, l’abréviation UTC est certainement le résultat d’une âpre négociation entre les anglais et les français. En anglais, « Coordinated universal time » devrait donner CUT. En français, on attendrait plutôt TUC pour « Temps Universel Coordonné ». UTC, un compromis diplomatique ?
  • Le Temps Atomique International (TAI) : c’est une échelle de temps de référence liée à la définition officielle de la seconde : depuis 1967 et la 13ème Conférence générale des poids et mesures une seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation associée à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133 (ouf !). Le TAI est établi par le Bureau international des poids et mesures : il représente la moyenne de la marche de plusieurs centaines d'horloges atomiques dans le monde. Depuis le 30 juin 2012, jour de la dernière insertion d'une seconde intercalaire, le temps TAI est en avance de 35 secondes sur le temps UTC, soit 10 secondes de différence initiale auxquels ont été ajoutées 25 secondes intercalaires au temps UTC depuis 1972.

Besoin d'aspirine ? Ou plutôt un petit dessin au tableau noir pour tenter d'y voir plus clair :

 

Satellite Pleiades - La 3D à la bonne heureHeure GMT, heure solaire locale, heure légale : à la bonne heure avec le satellite Pléiades.
Illustration : Gédéon / Planète Sciences Midi-Pyrénées

 

DORIS, le métronome de Pléiades

A bord d’un satellite, il est important d’avoir une référence horaire stable et précise pour dater et synchroniser toutes les opérations et les évènements liés au bon fonctionnement de la mission.

Par exemple, le capteur panchromatique de Pléiades acquiert une ligne de 30000 pixels élémentaires 10000 fois par seconde (pendant ce laps de temps, le capteur balaie ainsi une distance de 70 centimètres le long de la trace du satellite). La datation précise de chacune de ces lignes est indispensable pour localiser précisément les images acquises.

Sur Pléiades, le temps utilisé est le Temps Atomique International (TAI) fourni par l’équipement DORIS avec une précision d’environ une microseconde (un millionième de seconde). DORIS joue également le rôle de navigateur : en plus de l’heure précise, il fournit en temps réel au calculateur de bord la position et la vitesse du satellite sur son orbite (voir cet article sur les premières opérations en orbite).

 

A toute allure, à tout à l'heure

A tout moment, grâce à DORIS, Pléiades sait où il est sur son orbite avec une précision très grande. En complément, les senseurs d'étoiles et la central gyroscopique laser fournissent une mesure précise de l'orientation du satellite (son attitude) donc de la direction de la ligne de visée du télescope.  C’est grâce à ces deux informations qu’un satellite qui se déplace à 27000 kilomètres par heure peut fournir des images dont la position de chaque pixel est connue avec une précision de quelques mètres. C’est la précision de localisation, un élément essentiel de la performance d’un satellite d’observation de la Terre : après traitement, elle permet de superposer facilement une image à une carte ou de s’en servir pour la navigation d’un mobile.

On dit que le temps, c’est de l’argent. C’est aussi de la précision de localisation…

 

En savoir plus :

 

Suggestions d'utilisation pedagogiques en classe :

  • Travail sur la mesure du temps et les différentes définitions. Expériences avec des cadrans solaires.
  • Travail sur l'orbite des satellites d'observation de la Terre.
  • A Toulouse, le 8 fevrier 2013, à la Cité de l’espace une conférence d’Alain Gleyzes, chef de projet Pleiades au CNES.
  • Les ateliers pédagogiques de Planete Sciences Midi-Pyrénées sur le fonctionnement et les applications des satellites Pléiades.
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  • : Les satellites d'observation de la Terre au service de l'environnement : images et exemples dans les domaines de l'environnement, la gestion des risques, l'agriculture et la changement climatique. Et aussi, un peu d'espace et d'astronomie, chaque fois que cela suscite questions et curiosité...
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A Propos De L'auteur

  • Gédéon
  • Ingénieur dans le domaine de l'observation de la Terre.
Bénévole de l'association Planète Sciences Midi-Pyrénées
  • Ingénieur dans le domaine de l'observation de la Terre. Bénévole de l'association Planète Sciences Midi-Pyrénées

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