CHAPITRE 3
La télédétection de l'environnement aquatique peut être effectuée à partir de diverses plates-formes d'observation. Selon la distance entre le capteur et la cible, on peut employer comme plates-formes des bateaux, des ballons, des avions et des satellites.
Les bateaux, les bouées et les sous-marins servent de plates-formes de télédétection depuis cinquante ans, essentiellement en association avec des écho-sondeurs et des sonars. Le sonar a été mise au point en 1918 et utilisé pour la première fois à des fins halieutiques dans les années 30. La plupart des bateaux de pêche modernes sont équipés d'échosondeurs dont les coupoles de présentation visuelle sont des bandes de papier ou des tubes cathodiques (CRT). Aujourd'hui, toutefois, les sonars à système sonore sont de plus en plus appréciés, parce qu'ils constituent un moyen rapide et efficace pour transmettre les renseignements.
L'emploi de bouées ou de sous-marins pour la détection visuelle ou par écho des poissons en est encore au stade expérimental. Des écho-sondeurs ou sonars ont été installés à bord de sous-marins remorqués, à distance, par le bateau-mère afin de réduire au minimum l'interférence du bruit du moteur du bateau sur les espèces ciblées. Des sous-marins tels que les RUFAS (Remote Underwater Fishery Assessment System ou Système d'évaluation de la pêche par télédétection sous marine) ont été utilisés avec succès pour l'évaluation des ressources en coquilles Saint-Jacques.
Des ballons flottants ou ancrés ont utilisés dans une certaine mesure pour la photographie aérienne de plans d'eau, tels baies et lacs, afin d'étudier la circulation de l'eau, la sédimentation, etc...
Les ballons ne conviennent guère pour la télédétection de vastes étendues maritimes du fait de leur instabilité et de leur faible vitesse.
On se sert beaucoup des avions comme plates-formes de télédétection pour la cartographie terrestre et côtière, les études océanographiques et le repérage de bancs de poissons. C'est une des méthodes les plus efficaces de télédétection de la surface de la terre à grande échelle. Les avions ont l'avantage d'optimiser la saisie des données en rendant l'instrumentation de télédétection accessible et en permettant un grand choix de paramètres d'écoute. Une mission de télédétection peut être effectuée sur une région particulière à une heure précise (si le temps le permet) et peut être répétée en conditions contrôlées. On peut aussi choisir une altitude appropriée pour optimiser la résolution et la zone de couverture. Les avions disponibles actuellement peuvent atteindre une altitude de 15 km, et être équipés de matériel photographique noir et blanc, couleur ou infra-rouge couleur, des scanneurs ou de capteurs actifs tel que le radar.
Les inconvénients majeurs de la télédétection à partir d'un avion sont l'instabilité de la plate-forme, la limitation de la couverture géographique (du à l'assez faible altitude de l'appareil), les frais élevés et la sujétion vis-à-vis des conditions atmosphériques. On s'en sert donc, surtout pour des missions critiques. Quand la mission exige une imagerie répétitive de la même région, on préfère recourir aux données satellites qui sont relativement moins coûteuses.
Les difficultés que posent la télédétection à partir d'un avion ont été en partie surmontées par l'usage de satellites comme plates-formes. Ceux-ci peuvent surveiller périodiquement toute la surface du globe, en couvrant une grande section à chaque révolution. Les satellites conçues pour la télédétection sur une base opérationnelle sont généralement sans hommes à bord. Néanmoins, quelques satellites avec hommes à bord ont fourni des renseignements d'une grande valeur malgré la courte durée de leur mission, par exemple, Skylab, Soyuz et les navettes spatiales.
L'orbite théorique d'un satellite est une ellipse. Cependant, dans le cas des satellites d'environnement, cette ellipse est généralement considérée comme un cercle ayant la terre comme son centre. Les orbites de satellites sont qualifiées (voir Figure 3.1):
(i) d'équatoriales - quand elles ont une orbite à l'intérieur du plan équatorial de la terre;
(ii) de polaires - quand elles ont une orbite à l'intérieur du plan de l'axe de la terre;
(iii) de proche-polaires - quand elles ont une orbite inclinée par rapport à l'axe de la terre.
La plupart des satellites de communication ont des orbites équatoriales, tandis que les satellites de l'observation terrestre telles que TIROS, NOAA, et NIMBUS ont des orbites polaires ou proche-polaires. Les orbites polaires sont préférables pour observer les zones longitudinales en plein jour ou pendant la nuit.
L'inclinaison orbitale “i” peut être définie comme l'angle formé par le plan orbital et le plan équatorial (voir Fig. 3.1). Les satellites en orbite proche-polaires sont de deux types:
(i) prograde, à savoir qui tourne dans le même sens que la rotation de la terre, i.e., “i” est inférieur à 90°;
(ii) rétrograde, à savoir, qui tourne dans le sens inverse de la rotation de la terre, i.e., “i” est entre 90° et 180°.
La trace du satellite croise l'équateur à des points nodaux. Le noeud ascendant est le point nodal où la trace du satellite vers le nord croise le plan équatorial et le noeud descendant le point nodal où la trace vers le sud croise le plan équatorial. Deux orbites particulières sont décrites par la couverture terrestre quasi complète des satellites d'environnement : l'orbite géosynchrone et l'orbite héliosynchrone.
3.4.1.1 Orbite géosynchroneLes orbites géosynchrones ont des altitudes jusqu'à 36 000 km. Les satellites placés sur ces orbites tournent dans le même sens que la rotation de la terre (prograde) et leur vitesse est réglée de manière qu'elle correspond à celle de la surface terrestre située juste au-dessous d'eux. Quand un satellite géosynchrone “plane” dans le plan équatorial, (c'est-à-dire quand l'inclinaison orbitale “i” est nulle) on dit qu'il est géostationnaire; ainsi en est-il, par exemple, des satellites météorologiques GEOS/METEOSTAT. Ces satellites ne peuvent pas prendre une image de la surface de la terre à des latitudes supérieures à 80°. Ils peuvent généralement prendre une scène correspondant à leur surface d'observation entière (1/3 de la surface de la terre) toutes les trente minutes. La vaste surface d'observation et la répétitivité de la saisie des données a rendu ce type de satellite très appréciable pour les études météorologiques et océanographiques.
Figure 3.1 Orbites de satellites. (D'après E.C. Barrett et L.F. Curtis, 1982).
Les principaux avantages d'un satellite géosynchrone sont:
(i) l'observation la plus fréquente possible de la région illuminée de la terre pour un système orbital;
(ii) la possibilité de balayage du même point sur la terre d'une façon répétitive, produisant une série d'images co-enregistrées spatialement;
(iii) la plus large couverture possible à partir d'un système orbital;
(iv) L'utilisation rentable des télécommunications.
Les inconvénients principaux d'un satellite géosynchrone sont:
(i) les difficultés économiques et techniques auxquelles on se heurte pour placer un système dans une orbite aussi haute et faire convenablement fonctionner les capteurs de bord (exemple, bonne résolution spatiale);
(ii) la très faible couverture polaire.
3.4.1.2 Orbite héliosynchrone
Celle-ci est une orbite beaucoup plus basse (à peu près 900 km) que l'orbite géosynchrone. Son inclinaison par rapport à l'équateur, est près de 90° (polaire ou proche-polaire) et le satellite (exemple LANDSAT, NOAA, SPOT, etc.) traverse l'équateur à la même heure solaire chaque jour. Autrement dit, un point particulier de la terre est régulièrement vu (selon la période du satellite) à la même heure, ce qui est utile pour des analyses comparatives de données multi-temporelles. En choisissant une orbite particulière, non seulement obtenir une couverture répétée de toute la surface, mais aussi arrêter l'intervalle entre les observations en un point particulier. On se sert, pour cela, de satellites à basse altitude sur orbite héliosynchrone polaire ou proche polaire. Comme par exemple, LANDSAT-4 dont l'angle d'inclinaison est de 98,3° et l'altitude de 687 Km. Il croise l'équateur toutes les 98,5 minutes et, pendant cet intervalle de temps, la terre a tourné “S”
S = 2 × 98,5 = 2752 km
R = Rayon de la terre = 6400 km
T = Période de la terre = 24 heures = 1440 minutes
Le nombre de rotations par jour est donné par le rapport :
98,5 minutes donnant 14 ou 15 révolutions par jour.
1440 minutes
Le satellite survole un emplacement donné toutes les 233 révolutions, (soit 16 jours).
Les principaux avantages d'un satellite héliosynchrone sont:
(i) la facilité économique et technique de placer le système sur une orbite basse et d'obtenir de bons résultas avec les capteurs de bord (exemple, résolution spatiale élevée de l'ordre de dizaines de mètres);
(ii) la possibilité d'entretenir le système orbital des missions spatiales avec hommes à bord.
Les principaux inconvénients sont :
(i) la faible répétitivité (de l'ordre de plusieurs semaines); on peut toutefois résoudre ce problème, combinant bien les paramètres orbitaux et les caractéristiques d'imagerie du capteur. Il est ainsi possible de prendre une image d'une même zone tous les 1 à 3 jours, suivant la latitude, même si cela nécessite des corrections pour compenser l'angle d'incidence variable;
(ii) les occasions perdues de prendre des images en cas de nuages, et en raison d'une couverture spatiale et d'une répétitivité peu limitées.
