Colloque « Espace et éducation »

Les données spatiales en complément des données sol : de nouveaux outils de gestion et de prévention

Michel Kasser, École nationale des sciences géographiques (ENSG)

L'École nationale des sciences géographiques forme à l'ensemble des métiers de la géographie, au sens technique du terme (techniciens, techniciens supérieurs, ingénieurs, masters, etc.). Cette école n'a servi pendant longtemps qu'à la formation des personnels des instituts géographiques nationaux de France et des pays associés. Aujourd'hui, nous formons beaucoup de personnels des collectivités locales et des secteurs public et privé.

Images aériennes et spatiales

Les prises de vues aériennes et spatiales répondent à des usages très différents. En quoi diffèrent-elles ? Les prises de vues aériennes se caractérisent par un champ large : l'avion, à endroit donné, permet de couvrir un champ de 45 degrés autour de la verticale. La cartographie moderne repose sur des techniques de photogrammétrie, c'est-à-dire la manière d'exploiter deux images prises de points de vue différents pour rechercher ensuite la troisième dimension à partir de l'effet de stéréoscopie. Pendant très longtemps, nous ne disposions que de machines (appareils de restitution) qui permettaient de présenter une photo à un œil et une autre photo à l'autre œil, maintenant il existe une assistance importante fournie par l'ordinateur (corrélation automatique). La stéréoscopie reste très utilisée et sert actuellement à l'acquisition de 80 % des données géographiques. En France, entre 80 000 et 100 000 photos aériennes sont prises annuellement, ce qui est considérable.

L'inconvénient du champ large est lié au fait qu'il enregistre les mouvements du Soleil et donc les ombres autour des objets. De ce fait, quand on mettra côte à côte des photos prises à des moments différents, les ombres n'auront pas la même position, ce qui rend plus difficile le travail des usagers. À l'opposé, quand on acquiert les mêmes images prises par satellite, le Soleil a toujours la même position par rapport au satellite. En outre, la traversée de l'atmosphère pose un problème assez important lié aux particules diffusantes. Quand on regarde le sol depuis un avion ou un satellite, du fait des particules diffusantes, l'on ne voit jamais une image très contrastée.

Dans tous les cas de figure, on doit faire du "mosaïquage", c'est-à-dire assembler des images acquises séparément pour aboutir à une image dite "unique".

L'exemple du programme Pléiade

Il s'agit d'un programme d'imagerie spatiale du Cnes à très petit pixel. On avait essayé à l'époque d'évaluer le besoin mondial en image selon la taille du pixel. Tout le monde s'est accordé sur le fait que la demande la plus forte portait sur une taille de pixel de 40 ou 50 centimètres. Au vu des photos aériennes acquises dans les instituts géographiques, on se rend compte que cette taille de pixel permet d'obtenir une résolution proche de celle d'une photographie aérienne au 1/25 000.

L'évolution rapide de l'imagerie aérienne

Depuis le lancement des satellites, nous avions l'habitude d'avoir de très belles dynamiques de l'image, avec de nombreux niveaux de gris à l'intérieur de chaque canal. La prise de vue classique reposait sur une prise de vue argentique. Or, en analysant la chimie du processus argentique, l'on se rend compte qu'il n'est pas possible de dégager plus d'une cinquantaine de niveaux de gris dans un processus argentique. La prise de vue aérienne fonctionnait ainsi avec un système à faible dynamique et d'une très faible fidélité radiométrique.

Les choses ont beaucoup évolué depuis que les avions sont équipés de caméras numériques. Petit à petit, la photogrammétrie s'est rapprochée de la télédétection. Dorénavant, il n'existe plus de différence fondamentale entre l'imagerie spatiale et l'imagerie aérienne.

Ainsi, aujourd'hui, les instituts géographiques commencent à acquérir des photos aériennes numériques.

Pour obtenir une photo, l'IGN fait quatre acquisitions simultanées avec quatre caméras équipées de filtres (rouge, vert, bleu et le proche infrarouge). Si l'on additionne les trois canaux, rouge, vert et bleu, l'on obtient une photo d'une couleur normale. Cela repose sur le fait que notre capteur, le fond de l'œil, fonctionne sur trois canaux. Il n'est donc pas nécessaire de faire plus puisque l'œil n'est pas réceptif à plus de trois canaux. Avec les trois canaux vert, rouge et infrarouge, l'on obtient un affichage en fausses couleurs qui affiche en rouge toute la végétation (le rouge est d'autant plus intense que la végétation est en bonne santé).




La végétation verte est affichée en rouge. © Cnes.

Par ailleurs, le numérique permet de résoudre les problèmes liés à la diffusion de l'atmosphère. Dans la partie basse de l'atmosphère, l'on trouve énormément de poussières (aérosols). Cette entité poussière est responsable de la diffusion de la lumière solaire. Quand nous sommes au sol et qu'il fait beau, nous ne voyons que le soleil qui arrive chez nous et ne prêtons pas attention à la transparence de l'air qui nous entoure. En revanche, quand on regarde le sol depuis le ciel, l'on voit ce que l'on appelle le "voile atmosphérique". Ce voile empêche d'obtenir une image couleurs de bonne qualité.

Avec le numérique, aujourd'hui, il est tout à fait aisé de retirer le voile atmosphérique, du fait de la dynamique de chaque canal coloré. Auparavant, ces traitements n'étaient possibles que dans le cadre de l'imagerie spatiale.

Cela étant dit, les données spatiales n'évitent pas les mesures au sol. En effet, du ciel, l'on ne voit pas tout : la toponymie, les adresses, le sens des rues, etc. Il est donc nécessaire de faire des études de terrain. Elles peuvent toutefois se limiter à faire des recherches auprès de l'administration. Quoi qu'il en soit, les mesures terrain ne vont pas disparaître.

Pour résumer, les enjeux des données géographiques ont trait à leur mise à jour et à leur coût. Il est très facile de faire des mises à jour de données géographiques si l'on n'est pas contraint par les prix…Cela conduit à acquérir beaucoup d'images et à trouver des traitements automatiques. La cartographie n'est pas un processus automatique. Elle nécessite beaucoup d'intelligence humaine. En revanche, l'orthophotographie est quant à elle automatique. L'orthophotographie consiste à prendre une photographie aérienne ou une image spatiale et à la retraiter pour qu'elle soit en tous points superposable à une carte.

Dans les grandes agences cartographiques nationales, l'objectif est de mettre en place une base de données géographiques unique, avec des mises à jour permanentes et des exploitations thématiques. Cela implique vitesse de mise à jour et vitesse d'accès.

Conclusion

En guise de conclusion, je vous présente quelques illustrations d'actions que nous entreprenons grâce aux bases de données dont nous disposons :

  • collecte d'informations sur les inondations et élaboration de cartes des zones inondables ;
  • calcul du niveau de bruit dû à la circulation automobile dans trois cas particuliers pour éclairer les décideurs publics sur les aménagements à réaliser ;
  • calcul de la population active disponible dans une pastille, autour d'un point, en moins d'une heure de transport…


Image numérique ayant subie une correction du voile. © Cnes.

Échanges avec la salle

De la salle : Vous ne nous avez pas parlé du coût de la base de données par exemple.

Michel Kasser : Le coût est élevé. Le budget de l'Institut géographique national est de 130 millions d'euros par an. L'on peut donc considérer que le coût de la base de données représente 130 millions d'euros par an. Cependant, bien évidemment, nous répartissons ce coût sur toute une série de produits que l'on fabrique à partir de cette base de données et que nous vendons. Le ministère de l'Équipement nous impose l'équation suivante : la moitié du coût de la base de données doit être compensé par les ventes de produits. Nous sommes cependant conscients du coût de l'accès aux informations.

Michel Deshayes : La problématique des coûts est la même pour les images satellite. Plus les images sont petites et précises, plus elles coûtent cher. Le choix des autorités publiques dépasse les instituts géographiques nationaux. Aux États-Unis, le gouvernement a fait le choix de produire les données et de les mettre à disposition, en développant toute une filière pour compenser les coûts. Cependant, si les coûts initiaux sont très élevés dès le départ, le marché ne pourra pas les absorber.

Michel Kasser : Ces choix politiques nous dépassent. En outre, nous butons sans cesse sur la faible conscience géographique que peuvent avoir nos concitoyens et nos élus. Je note cependant qu'en France, l'on a un goût de la cartographie très poussé.

Michel Deshayes : L'orthophotographie qui est disponible depuis peu changera radicalement, dans quelques années, la manière de voir les choses. Elle peut faire évoluer la société et la demande. Les professeurs de géographie et de sciences de la vie et de la Terre ont un rôle à jouer dans ce changement de mentalité et de vision des choses. On ne peut pas gérer et aménager les territoires si nous n'en avons pas une représentation.

Michel Kasser : Les décideurs et acteurs politiques ne savent pas lire des cartes, alors qu'ils parviennent à déchiffrer les photographies. L'orthophotographie a un réel avenir dans ce cadre, dans la mesure où, d'une part, elle présente les qualités métriques de la carte et, d'autre part, elle est facilement lisible et compréhensible par l'homme de la rue.

Danielle Champigny : Comment l'homme de la rue peut-il se procurer ces orthophotos ?

Michel Kasser : L'homme de la rue n'a pas encore conscience de l'existence de ces orthophotos. La question ne se pose donc pas encore. Actuellement, l'on vend des cédéroms intégrant des cartes scannées et les orthophotos sont également disponibles sous cédérom.


Actes du séminaire national - Les sciences de la vie et de la Terre au XXIème siècle : enjeux et implications 15 et 16 décembre 2004

Mis à jour le 15 avril 2011
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