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24 août 2017 4 24 /08 /août /2017 00:27

 

Venµs - Venus - Premières images - first images - satellite - Earth observation - Irrigation - Phoenix - Arizona - CNES - CESBIO

Cultures irriguées à proximité de Phoenix (Arizona, Etats-Unis).
 Une des premières images acquises par le satellite Venµs le 17 août 2017. Copyright CNES 2017

 

L’année de Venµs*

Le 2 août  dernier, à 1h58 UTC, Arianespace réussissait son 8ème lancement de l’année 2017 pour sa dixième mission, la septième en observation de la Terre, la fusée Vega VV10 mettait en orbite les satellites OPTSAT-3000 et Venµs.

Vous ne verrez pas beaucoup d’image d’OPTSAT-3000 exploité par les militaires israëliens. Par contre, 15 jours après sa mise en orbite, le satellite Venµs, réalisée dans le cadre d’une coopération franco-israélienne, vient de livrer ses premières images.

Elles sont été acquises par le CNES entre le 17 et le 19 août 2017, enregistrées à bord et réceptionnées par la station de Kiruna, en Suède, avant d’être traitées au Centre Spatial de Toulouse (CST).

 

* Il n’y a pas de contrepèterie

 

Red edge pour les espaces verts

Avec ses douze bandes spectrales du bleu au proche infrarouge, la caméra multispectrale embarquée à bord de Venµs, fournie par le CNES, est bien adaptée à l’étude de la végétation, de son état de santé et de son évolution. C’est la raison pour laquelle c’est une image de cultures irriguées, acquise dès le 17 août que j’ai choisie pour démarrer cet article.

Le même jour, Venµs a également survolé la région de Jérusalem et acquis l’image suivante.

 

Venµs - Venus - Premières images - first images - satellite - Earth observation - Jerusalem - Israel - Israël - CNES - CESBIO
Venµs - Venus - Premières images - first images - satellite - Earth observation - Jerusalem - espanade des mosquées - vieille ville - CNES - CESBIO

Jérusalem et ses environs. Image acquise par le satellite Venµs le 17 août 2017.
En bas, extrait centrée sur la ville. Copyright CNES 2017

 

Voici d’autres exemples d’images acquises entre le 18 et le 19 août 2017. On commence par Marseille et ses environs.

 

Venµs - Venus - Premières images - first images - satellite - Marseille - Vieux port - OM - Earth observation - Télédétection - CNES
Venµs - Venus - Premières images - first images - satellite - Marseille - Vieux port - OM - Earth observation - Télédétection - CNES

La région de Marseille observée par le satellite Venµs le 18 août 2017.
En bas, extrait sur la partie est. Copyright CNES 2017

 

L’image suivante montre la région du Vésuve en Italie. Les zones brûlées par l’incendie du mois de juillet sont facilement identifiables : les surfaces sombre autour de la caldeira ne sont pas des coulées de là mais bien les surfaces où la végétation a été parcourue par les flammes. L’activité chlorophyllienne a disparu : dans une bande proche-infrarouge, on mesure des niveaux de réflectance très faibles alors qu'ils sont au contraires élevés dans le cas d'une végétation active.

 

Venµs - Venus - Premières images - first images - satellite - Earth observation - Vesuve - Naples - Pompéi - Volcan - Italie - CNES
Venµs - Venus - Premières images - first images - satellite - Earth observation - Observation de la Terre - Vesuve - Naples - Pompéi - Volcan - Italie - CNES

Le Vésuve, Naples et Pompei vus par le satellite Venµs.
Image acquise le 19 août 2017. Copyright CNES 2017

 

Et Millau ?

J’aurais bien aimé comparer une image du satellite Venµs avec celle prise par le Pléiades. Malheureusement, l’aveyron ne figure pas dans la liste des sites retenus pour les premières images et je n’ai pas pu voir la Venµs de Millau…

Ces premières images donnent un bon aperçu des données qui seront acquises durant les prochaines années par le satellite Venµs. Il va désormais observer et suivre l’évolution de plus de cent sites intéressant les scientifiques avec une résolution d"environ 5 mètres.

Les sites sélectionnés représentent les principaux écosystèmes terrestres, naturels et cultivés. Ils seront observés pendant deux ans et demi, tous les deux jours.

 

Pourquoi sont-ils Venµs ? Les objectifs de la mission

Venμs avec un µ est un acronyme : Vegetation and Environment monitoring on a New [Micro] Satellite. Si vous voulez travailler dans le spatial ou les projets internationaux, il va falloir vous habituer à en voir des bizarres…

La mission Venµs a deux objectifs différents :

  • Un objectif scientifique : étudier les possibilités d’observation à haute résolution spatiale et haute fréquence temporelle de sites scientifiques pour l’étude de la végétation. Il s’agit de mettre au point de nouvelles méthodes d’exploitation et de traitement des données.
  • Un objectif technologique avec la qualification en vol d’un moteur à propulsion électrique (IHET), embarquant 14 kg de Xénon.

 

Satellite - Venµs - Venus - Propulsion électrique - Electric propulsion - HET - IHET - Israel - CNES - ISA - IAI - Elbit

Maquette du système de propulsion du satellite Venµs (IHET) présentée
pendant l’International Astronautical Congress (IAC) à Jérusalem en octobre 2015.
La capacité des réservoirs de Xénon est de 16 kg (14 kg pour la mission Venµs)
Crédit image : Gédéon

 

Deux phases d’exploitation en orbite

Pour atteindre ces deux objectifs, l’exploitation opérationnelle en orbite est découpée en deux phases :

  • Une première période de 2,5 ans consacrée à l’objectif scientifique avec une orbite à 720 km d’altitude.
  • Une seconde période d’un an pour la validation technologique du propulseur électrique avec une orbite à 410 km d’altitude. A cette altitude, inhabituellement basse pour un satellite, le frottement atmosphérique résiduel rend impératif l’utilisation fréquente d’un système pour maintenir l’orbite. Les amateurs de satellites espions comprendront facilement l’intérêt de faire voler un télescope assez bas ou de pouvoir baisser son altitude à la demande.

Entre les deux périodes, il y aura une phase transitoire pour le changement d’orbite.

La durée totale de la mission est donc relativement courte (3,5 ans).

 

280 kg de coopération franco-israélienne

La mission Venµs est réalisée dans le cadre d’une coopération entre la France et Israël. La plate-forme est fournie par Israël et sa charge utile scientifique est fournie par le CNES :

  • Une plate-forme microsatellite IMPS (Improved Multi Purpose Satellite) fournie par l'IAI (Israeli Aircraft Industries)
  • Une charge utile avec deux composantes :
    • Une composante technologique : le propulseur IHET (Israeli Hall Effect Thruster)
    • Une composante scientifique : la caméra multispectrale VSSC (VENµS Superspectral Camera).

La masse du satellite est de 280 kg. Sa puissance totale est de 800 Watts.

 

Venus plusieurs fois mais pas encore partis…

La réalisation du projet n’a pas été un long fleuve tranquille : plus de douze ans se sont écoulés entre la signature de l’accord de coopération entre le CNES et l'ISA (Israel Space Agency) en avril 2005 et le lancement en août 2017.

Le lancement était initialement prévu en 2008 sur un lanceur Vega et le satellite devait servir de démonstrateur pour le programme européen GMES (aujourd’hui Copernicus).

Les retards sont dus notamment aux difficultés d’obtention de la licence d’exportation des filtres, des composants américains, équipant l’instrument optique. Un bon exemple illustrant l’importance de la maîtrise des composants critiques pour rester indépendant dans la mise en œuvre d’une politique spatiale.

Plusieurs opportunités de lancement sur Dnepr (Ukraine), PSLV (Inde), Start (Russie), Falcon 1E (lanceur abandonné par SpaceX), en passager auxiliaire du satellite Pleiades-1B sur Soyouz et Falcon-9 ont ainsi été ratées.

Finalement un contrat de lancement sur Vega a été signé avec Arianespace en décembre 2013.

Tout est bien qui finit bien… Les détecteurs équipés de leurs filtres ont été reçus en janvier 2012 et la caméra multi-spectrale a finalement été livrée par le CNES en novembre 2014. Les essais en environnement du satellite ont démarré au printemps 2016.

 

Orbite de Venµs et capacité d’acquisition

Pour remplir ses objectifs scientifiques, Venµs doit acquérir fréquemment et à relativement haute résolution, des images multi-spectrales, 110 sites sélectionnés dans le monde entier (dont cinq en France métropolitaine).

 


Carte des sites scientifiques sélectionnés pour la mission Venµs.
Crédit image : CESBIO

 

A la fin de la recette en vol, le satellite sera sur une orbite polaire quasi héliosynchrone avec une revisite à deux jours, à une altitude de 720 km.

La fauchée (largeur de trace) est de 27 km. La résolution des images est de 5,3 mètres au nadir. 12 bandes spectrales étroites couvrent le spectre de 415 nm à 910 nm.

Le satellite passe à la verticale de l'équateur à environ 10:30. Le satellite peut observer n'importe quel site sous un angle de vue constant mais, en contrepartie, toute la planète ne peut être observée. L'ensemble du système peut être dépointé jusqu'à 30 degrés le long et perpendiculairement à la trace.

 

Venµs - bandes spectrales - spectral bands - visible et proche infrarouge - Sentinel-2 - Landsat-8 - Spot - Rapid Eye

Les bandes spectrales de l’instrument du satellite Venµs comparées à celles
de Sentinel-2 et de Landsat 8. Crédit image :  Gédéon

 

Une bande de jaune à moi tout seul ? Non, il y en a deux...

Quelque chose vous étonne ? Oui, les bandes B5 et B6 sont les mêmes.

Ce n’est pas une erreur dans mon tableau : cette duplication est volontaire. Comme les capteurs correspondants ne sont pas exactement au même endroit dans le plan focal de l’instrument, les pixels sont acquis à partir de deux positions très légèrement décalées sur l’orbite.

On obtient ainsi un léger effet stéréoscopique qui sera utilisé pour détecter les nuages à partir d’une information sur leur altitude. Pas idiot ! J'ai hâte de voir un exemple...

 

Feu vert pour le proche infrarouge

Un autre article du blog Un autre regard sur la Terre donne quelques explications sur l'importante de la bande spectrale proche infrarouge pour l'étude de la végétation. Je reprends ici une illustration qui explique pourquoi l'instrument Venµs a autant de bande spectrale entre le rouge et le proche infrarouge.

 

Venµs - Bandes spectrales - Proche infrarouge - Red edge - near infrared - spectrale bands - remote sensing - vegetation index - photosynthesis

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)

 

Venµs - Venus - Premières images - first images - satellite - Earth observation - Observation de la Terre - Pérou - Peru - Tropical forest - Forêt tropicale - déforestation - Climat - CNES

La forêt tropicale au Pérou (région d’Ucayali) observée par le satellite Venµs
le 19 août 2017. Copyright CNES 2017

 

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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22 avril 2012 7 22 /04 /avril /2012 22:06

En février 2012, j’ai publié plusieurs images satellite montrant les étonnants contours des zones enneigées en France. Exactement un mois après le début du printemps, on mesure aujourd’hui les graves conséquences pour l’agriculture de la météo étonnante entre la fin 2011 et le début de l’année 2012 : douceur en janvier, période de froid intense en février, succession de périodes de gels et de dégels, avec des amplitudes thermiques journalières pouvant atteindre 25°C…

 

Envisat - MERIS - France - 03-02-2012 - 10h43 - RR3La couverture neigeuse en France le 3 février 2012. Image acquise par le capteur MERIS du satellite
européen Envisat à 10h43 UTC. Crédit image : Agence Spatiale Européenne (ESA)

 

Envisat - MERIS - France - 11-02-2012 - 10h49 - RR3 Envisat - MERIS - France - 20-02-2012 - 10h18 - RR3

Deux autres images du même satellite montrant l’évolution de la situation. A gauche, le 11 février 2012 à 10h49 UTC. A droite le 20 février 2012 à 10h18 UTC. Crédit image : Agence Spatiale Européenne (ESA)

 

Les céréales et les cultures de l'Est de la France, en Lorraine, Alsace, Champagne-Ardennes, Bourgogne et en Franche-Comté ont fait les frais de cette situation exceptionnelle, « du jamais vu depuis 1956 » pour les représentants des agriculteurs. C’est également le cas pour de nombreuses autres cultures (légumes, fleurs, fraises, etc.)

 

Végétation en avance et gel tardif, sans neige...

L’automne et le début de l’hiver cléments ont d’abord favorisé le développement de la végétation. L’épisode de gel de février qui a suivi à cause des pertes sur le blé et l’orge de l’ordre de 70%. Comme le montrait les images satellites pour le période du 6 au 15 février, l’absence de neige n’a pas permis de protéger les cultures du gel.

Selon la FNSEA, qui a demandé la reconnaissance de l’état de catastrophe naturelle, « Entre 40% et 100% des cultures de blé, d'orge d'hiver et de colza ont été anéanties. »

400.000 hectares de blé, 40.000 hectares de colza et 160.000 hectares d'orge d’hiver, détruits par la vague de froid du mois de février, ont dû être ressemés, selon des estimations de l'Association générale des producteurs de blé (AGPB).

Les agriculteurs mentionnent également le surcoût entraîné par le réensemencement après la perte des cultures. Il faut enfin ajouter les cultures partiellement endommagées, avec des pertes probables de rendement de 50 à 60%.

 

Un mois de février exceptionnellement froid et sec

Dans son bulletin climatique pour févier 2012, Météo France indique que la température moyenne sur l’Hexagone a été inférieure de 3.9 °C à la normale. La vague de froid exceptionnelle du 1er au 13, malgré des températures plus proches des normales durant la seconde quinzaine, place février 2012 au quatrième rang des mois de février les plus froids depuis 1947.

Météo France - Temperature hiver 2011-2012Courbe de l’évolution de la température moyenne en France pendant l’hiver 2011-2012.
Crédit image : Météo France.


Du 1er au 10 février, le refroidissement amorcé fin janvier s'accentue. Les températures minimales sont très inférieures aux normales décadaires avec par exemple :

  • -12.5°C à Wangenbourg-Engenthal (Bas-Rhin) le 2 février (normale : -2.3°C).
  • -15.1°C à Doussay (Vienne) le 3 février (normale : 0.7 °C).
  • -19.7°C à Reims (Marne) le 4 février (précédent record décadaire : -16.9°C le 02/02/1956).
  • -20.2°C à Bâle-Mulhouse le 4 février (Haut-Rhin) (normale : -1.7°C).
  • -19.4°C à Saint-Etienne-de-Saint-Geoirs (Isère) le 5 février (précédent record mensuel : -17.1°C le 18 février 1952).
  • -17.1°C à Guéret (Creuse) le 6 février (précédent record mensuel : -14 °C le 15 février 1991, battu 2 fois dans la décade).
  • -16.4°C à Orléans (Loiret) le 7 février (précédent record mensuel : -15.4 °C le 23/02/1963).

Le froid intense s'étend le 8 (voir l’article avec une image de Toulouse sous la neige) et le 9 février jusqu'aux Pyrénées et au Languedoc-Roussillon et les nuits sont glaciales du Sud-Ouest au centre du pays.

L’écart est vrai également pour les températures maximales : du 1er au 10 février, les températures restent négatives en journée sur une grande partie de l'Hexagone avec des valeurs jusqu'à 15 °C inférieures aux valeurs de saison. Le froid vif qui touche le Nord-Est le 1er, s'étend dès le 2 jusqu'au Limousin et à Rhône-Alpes :

  • -4.2°C à Montbéliard (Doubs) le 1er février (normale : 5.8°C).
  • -7.8°C à Guéret (Creuse) le 2 février (précédent record mensuel : -6.9°C le 7 février 1991, battu 2 fois dans la décade).
  • -6.5°C à Fontannes (Haute-Loire) le 3 février (précédent record mensuel : -4.2°C le 11 février 2010, battu 7 fois dans le mois).

Avec seulement quelques épisodes neigeux durant la première quinzaine, le mois de février est également exceptionnel par sa faible pluviométrie : c’est le plus sec sur les 50 dernières années, devant les mois de février 1965, 1959 et 1993. Les cumuls de précipitations représentent globalement sur la France moins de 20% de la normale.

 

Météo France - Février 2012 - Précipitations - Rapport

Carte des écarts de précipitations en France en février 2012 par rapport à la valeur normale. Extrait du bulletin climatique pour février 2012 publié par Météo France. Crédit image : Météo France.

 

Plus de liquide à cause du gel : ça ne gaze pas…

L’AFP (Agence France Presse) rapporte que les agriculteurs demandent également que le versement des aides de la PAC (Politique Agricole Commune) soit avancé : leur trésorerie a déjà été durement affectée l’année dernière par la sécheresse du printemps 2011. Les producteurs estiment déjà que la France souffrira d'un manque de paille cet été dans certaines régions. La France est le premier producteur européen de blé.

 

En savoir plus :

 

 

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11 octobre 2010 1 11 /10 /octobre /2010 00:41

vigne-blaye---septembre-2010.jpgMi-septembre dans les côtes de Blaye
(Crédit image : Gédéon)

Raisin - 22 septembre, cuve - 1 octobre, pressoir - 11 octobre, tonneau - 21 octobre…

Le mois de vendémiaire, et ses noms de jours très explicites, est le premier mois du calendrier républicain français, créé en 1793 par Philippe François Nazaire Fabre, dit Fabre d’Eglantine, inspiré par le rythme des saisons (la révolution lui a fait perdre la tête…)

 

Du 22 septembre au 21 octobre, vendémiaire tire son nom « des vendanges qui ont lieu de septembre en octobre ». C’est donc la période des vendanges, en France et dans l'hémisphère nord. Dans certaines régions, elles sont terminées. Dans d’autres, elles se poursuivent.


La date des vendanges :

En France, la date des vendanges fixée par arrêté préfectoral (le ban des vendanges). Cette pratique remonte au Moyen Age, époque à laquelle la qualité des vins était relativement liée à la maturité des raisins. La date est fixée dans chaque département en consultant les organisations de producteurs. On évalue la maturité des raisins à 100 jours environ après la première fleur, mais cela varie beaucoup en fonction de nombreux paramètres climatiques et viticoles comme le type de cépage, la latitude des vignes, leur exposition, le style de vin recherché. Le raisin doit avoir atteint le degré de maturité désiré et le rapport sucre / acidité doit être stabilisé.

vigne.JPG vigne-blaye---septembre-2010-2.jpg 

Paysages de vigne en Toscane et dans les côtes de Blaye. Crédit image : Gédéon

Habituellement, les vendanges ont lieu fin août en Corse, Languedoc-Roussillon ou Provence, début septembre pour le Beaujolais, ou la vallée du Rhône, mi-septembre pour la Bourgogne, le sud-ouest et le val de Loire, fin septembre pour l’Alsace et la Champagne, début octobre pour les Charentes et le Cognac. En 2003, année de la canicule, les vendanges avaient eu lieu en plein mois d'août. Depuis quelques années, les raisins avaient atteint leur maturité très tôt, la date de vendanges étant ainsi avancée d’environ une quinzaine de jours et environ un mois depuis un cinquantaine d’années.

L’année 2010 vient contredire cette tendance : Le cycle végétatif, de manière générale, a pris du retard dès le printemps, après un hiver plutôt rigoureux et, pour certains vignobles, plusieurs épisodes de neige. C’est le cas notamment dans le bordelais.

 

extrait-gironde-annote.jpg

Extrait---ajuste---Blaye.jpg

En haut, image Spot ortho-rectifiée à partir d'une image multispectrale acquise le 18 juillet 2010
par le satellite Spot 5.
En bas, extrait de cette image à hauteur de la ville de Blaye et des
vignobles Moulis, Margaux et Listrac-Médoc.
Copyright CNES 2010 - Distribution Spot Image

 

Les dates de vendanges : un indicateur du climat du passé

Reconstituer le climat du passé est important pour améliorer la connaissance de l’évolution du climat. Mais les mesures sont rares avant 1850 et inexistantes avant le 17ème siècle. Des chercheurs du CNRS, du CEA et de l'INRA ont reconstitué le climat de la Bourgogne depuis 1370 à partir des dates de vendange du pinot noir, le principal cépage de la région.

Archivées de manière rigoureuse, les dates de vendange fournissent une chronologie absolue. L'information climatique a été extraite grâce à un modèle de développement de la vigne, en fonction de la température, ajusté pour le cépage Pinot Noir. Trois étapes clés du développement de la vigne y sont prises en compte : les dates de floraison, de véraison (quand les grains de raisin passent de vert à blanc ou rouge) et de maturation. Les reconstitutions montrent que la Bourgogne a connu entre 1370 et 1850 (période communément appelée Petit Age Glaciaire) plusieurs périodes aussi chaudes que les années 1990. En revanche, l'année 2003 apparaît de loin comme l'année la plus chaude qu'ait connue la Bourgogne, avec une anomalie de + 5,86 °C, beaucoup plus élevée que l'anomalie de la dernière année la plus chaude enregistrée en 1523 (+ 4,10 °C).

Les dates de vendange ont l’avantage de concerner de nombreuses régions d'Europe et du Moyen Orient. Elles pourraient fournir des informations sur les variations régionales du climat au cours du dernier millénaire.

 

Des vendanges à la carte avec oenoview :

L’Institut Coopératif du Vin (ICV) et Spot Image ont mis au point oenoview, un nouveau service pour évaluer l’état des vignobles et mesurer le potentiel qualitatif des parcelles. S’appuyant sur les techniques d’agriculture de précision par satellite, oenoview utilise des images aériennes ou satellitaires de parcelles dans le proche infrarouge. Un traitement a été développé par les ingénieurs de l'ICV et de Spot Image pour mesurer les paramètres biophysiques de la vigne et réaliser une cartographie de la variabilité intraparcellaire.

Spot-Image---Infoterra---Oenoview---2010.jpg

Exemple de carte montrant la variabilité sur un ensemble de parcelles, établie à partir d'une image
Spot 5 acquise en juillet 2010. Crédit image : Spot Image.

 

L'interprétation de ces cartes a été développée en partenariat avec l'INRA et SUPAGRO Montpellier. Elle permet d'obtenir une cartographie précise de la surface foliaire et de la vigueur des vignobles mais aussi des indications sur le poids des grappes et des baies, le rationnement hydrique, la composition du raisin en différents points de la parcelle. A la fin du cycle de production, oenoview permet d’évaluer les niveaux de maturité dans les parcelles et de procéder à des vendanges séparées.

En pratique, oenoview a deux applications possibles :

  • Pour les viticulteurs, le service aide à optimiser les pratiques : taille, application des intrants, contrôles de maturité.
  • Pour les caves ou les acheteurs, il permet de regrouper les parcelles en fonction de leur potentiel et de leur homogénéité et d’identifier les parcelles atypiques

Opérationnel depuis trois ans en France, le service oenoview commence à être utilisé dans d’autres pays, comme par exemple au Maroc pour les Domaines Brahim Zniber.

Selon les cas, le service oenoview peut fournir une ou plusieurs cartes aux viticulteurs : une première image peut être acquise avant l’été pour suivre le début de cycle de la vigne et aider à planifer tous les travaux en vert (égrappage, effeuillage, ...). Une deuxième image, acquise courant juillet, permet d’établir des cartes servant, cette fois, à la préparation des vendanges.


exemple-oenoview.jpgExemple de carte de fraction de couvert végétal au stage véraison pour une parcelle.
Crédit image : Spot Image

 

La mesure des paramètres biophysiques à partir d’images satellites multispectrales

A partir d’images satellites multispectrales et en particulier de données dans le proche infra-rouge, on calcule le GLCV (Green Leaf Cover Vegetation ou fraction de couvert végétal en français) des vignes, dont la grandeur varie proportionnellement avec la quantité de biomasse “photosynthétiquement active”. La méthode a demandé d’importants travaux de recherche pour convertir les observations des satellites, au dessus de l’atmosphère à 800 kilomètres d’altitude, en mesures caractérisant l’état réel des plantes.

En 2006 et 2007, un programme de recherche mené avec l’INRA et Montpellier SupAgro sur l’unité expérimentale de Pech Rouge et des parcelles avoisinantes a permis de confirmer la forte corrélation entre les indices biophysiques (GLCV) et la surface foliaire exposée potentielle. Cette étude a également mis en évidence une relation entre le GLCV, le poids des grappes et des baies, la teneur en acide malique et en polyphénols totaux des raisins.

Plus la fraction de couvert végétal est élevée, plus le poids des grappes et des baies est élevé, plus le raisin contient d’acide malique et moins de polyphénols totaux, plus le potentiel foliaire est bas.

 

Quelques définitions :

  • La véraison : changement de couleur de la peau du raisin. Pour les blancs, la véraison donne un aspect translucide, au lieu de rouge, aux grains.
  • Vendange verte : elle consiste à couper des grappes, en juillet et août, pour réduire le rendement et éclaircir les grappes trop serrées.
  • Effeuillage : L'effeuillage consiste à enlever les feuilles qui sont au niveau des raisins pour qu’ils soient bien aérés, sans être grillés par le soleil.
  • Photosynthèse : c’est le processus qui permet aux plantes et à certaines bactéries de synthétiser de la matière organique en utilisant la lumière du soleil, du dioxyde de carbone, de l’eau et des sels minéraux. La photosynthèse est la principale forme de transformation du carbone minéral en carbone organique. Les feuilles de vigne captent la lumière du soleil, absorbent l’eau apportée par les racines, absorbent le gaz carbonique de l’air, rejettent de l’oxygène et produisent les sucres qui se retrouvent dans les grains des raisins.
  • Surface foliaire : c’est la surface de la vigne au dessus des pieds des ceps. Dans les vignes, le « palissage » des rameaux sur les fils de fer n’est fait dans un but esthétique : la surface foliaire est maintenue homogène et suffisante pour faciliter le processus de photosynthèse. Une grande partie des travaux du viticulteur tout au long du cycle végétatif de la vigne ont pour objectif d’optimiser la surface foliaire.

 

En savoir plus :

 

Suggestions d’utilisations pédagogiques en classe :

  • Travail sur la classification des images multispectrales.
  • A partir de l'image Spot de cet article, étude de l'occupation des sols et des différents types de cultures dans les environs de l'estuaire de la Gironde.
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18 mai 2010 2 18 /05 /mai /2010 07:58

Le service d’agriculture de précision Farmstar, opéré par les équipes d’Infoterra et Arvalis – Institut du Végétal, vient de terminer la livraison à ses clients en France du principal conseil de pilotage pour la culture du blé : la préconisation de dose d’Azote au stade fin de montaison (période de développement de l’épi).


Carte-Préco-Azote-2010Exemple de conseil livré en mai 2010 : la carte permet un dosage optimal des apports d'engrais selon les besoins de chaque zone de la parcelle (Crédit image : Infoterra et Arvalis - Institut du Végétal) 

 

Cette préconisation permet d’optimiser les apports d’engrais azotés avec un bénéfice économique pour l’agriculteur et un bénéfice pour l’environnement : seule la quantité d’azote nécessaire et indispensable à la plante est apportée, limitant ainsi le risque de pollution diffuse.

L’image satellite joue un rôle essentiel pour l’ensemble des conseils fournis par Farmstar : les acquisitions d’images, effectuées à des stades clés de la croissance des cultures, permettent une mesure précise des paramètres biophysiques caractérisant l’état de la culture : indice foliaire (lié directement à la biomasse), teneur en chlorophylle, etc. Ces traitements d’images multispectrales complexes sont effectués par les équipes d’Infoterra.

 

farmstar-web illustration-ble gf

Le calendrier du service Farmstar pour la culture du blé

 

A l’aide des modèles agronomiques mis au point par Arvalis-Institut du Végétal et le Cetiom, les informations produites sont interprétées en conseils agronomiques directement utilisables pour le pilotage de la fertilisation azotée ou le risque de verse.

Les satellites utilisés par le service Farmstar sont la famille des satellites Spot, Formosat-2, DMC et DEIMOS.


cycle-FARMSTAR large

De l’image satellite au conseil agronomique : le cycle du service Farmstar
(Crédit image : Infoterra et Arvalis - Institut du Végétal)

En savoir plus sur :

 

Suggestions et possibilités d'utilisations pédagogiques en classe :

  • Travail sur la représentation des couleurs : à partir d'une image Spot, modifier les combinaisons de bandes spectrales pour obtenir différentes représentations de l'image. Les évaluer pour choisir la meilleure combinaison selon le type d'application.Comparaison les caractéristiques techniques de différents satellites (nombre et position dans le spectre des bandes spectrales).
  • Travail sur les contenus possibles d'une "image" : image brute, image avec corrections géométriques et radiométriques, "fausses couleurs", carte, sortie de modèle, etc.
  • Travail sur les images multispectrales et les courbes de réflectance. Recherche bibliographique. Influence du stade de développement de la plante sur l'image satellite. Rôle des différents paramètres et perturbations : angle solaire, densité de tiges, effets de sol, etc.
  • En sciences de la vie et de la terre : travail sur le cycle de culture et les stades de développement des cultures. Exemple du blé. Comparaison avec d'autres plantes. Dates de semis et de récolte.
  • Lecture de la carte de conseil Farmstar. Compréhension du zonage et de l'échelle (unités d'Azote). Interprétation des différentes informations indiquées sur la carte.

 

 


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29 mars 2010 1 29 /03 /mars /2010 17:24

Cette image du satellite Landsat date d'octobre 1999. Elle couvre une zone au sud de Reims et d'Epernay. L'image a une résolution 15 metres et est représentée ici sous la forme d'une composition colorée des bandes 4, 5 et 3 superposée à une image panchromatique. Elle couvre un carré d'environ 45 kilomètres de côté.

 

Agriculture en Champagne


En haut à droite, au nord-ouest, on distingue très facilement l'aéroport international de Vatry, utilisé en particulier pour le transport de fret et les opérations humanitaires.
Les principaux axes routiers sont visibles : N4, N77 et A26, ainsi qu'une voie ferrée qui suit approximativement la direction nord-sud.
Le plus spectaculaire est la patchwork géomatrique de tâches colorées correspondant à des parcelles cultivées. Pour ce type de composition colorée, la couleur des champs dépend du type de culture et du stade de développement de la végétation : blanc pour le sol nu, vert pour la végétation éclaircie ou les chaumes après la moisson, rouge pour la végétation très active ou les zones de patûrage.
Le contraste est saisissant avec la grand zone au sud-ouest de l'image qui est non cultivée, malgré l'homogénéité des sols sur l'ensemble de la zone. Cette partie non cultivée est couverte de bois (conifères) et de végétation naturelle (broussaille). Elle est parcourue par un réseau de chemiins et de voies de circulation qui apparaissent en blanc.
Il s'agit du terrain militaire de Mailly, du nom de la ville de Mailly-le-Camp visible à la point ouest du camp.

Suggestions et possibilités d'utilisations pédagogiques en classe :
  • Travail sur la représentation des couleurs : à partir d'une image Landsat ou d'une image Spot, modifier les combinaisons de bandes spectrales pour obtenir différentes représentations de l'image. Les évaluer pour choisir la meilleure combinaison selon le type d'application.
  • Comparaison les caractéristiques techniques de différents satellites (nombre et position dans le spectre des bandes spectrales.
  • Réaliser une classification grossière de la végétation et des cultures, à partir de chacune des bandes spectrales de l'image Landsat 7. Estimer les surfaces par type d'occupation du sol.
  • Comparer l'image d'octobre 1999 avec des images plus récentes et identifier les principaux changements.
Ressources à consulter :


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  • : Un autre regard sur la Terre
  • Un autre regard sur la Terre
  • : 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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  • 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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