Imagerie satellitaire : comment ça marche et à quoi ça sert ?

Les premières images prises depuis l'espace provenaient de vols suborbitaux dans les années 1940, et la première image satellite a été prise en 1959 par Explorer 6. L'imagerie satellitaire est l'utilisation de satellites pour collecter des données sur la Terre via des satellites en orbite ou des avions à très haute altitude.

L'imagerie par satellite a parcouru un long chemin depuis lors. Il y a maintenant plus de 2 000 satellites en orbite autour de la Terre, et de nombreux types différents avec des capacités variables. L'imagerie par satellite a des utilisations dans la météorologie, la conservation, la géologie, l'agriculture, la cartographie, l'éducation, le renseignement, la guerre, etc.

Cet article couvrira une partie de la technologie derrière l'imagerie par satellite, son fonctionnement et son utilisation.

Comment fonctionne l'imagerie satellitaire ?

L'imagerie satellitaire est un vaste sujet. Il existe différents types de capteurs et différentes méthodes d'acquisition d'images satellitaires. Voici quelques-unes des façons dont les satellites et leurs capteurs peuvent varier.

Détection passive ou active

Il existe deux grandes catégories de capteurs de satellites d'imagerie. Ce sont des capteurs actifs et des capteurs passifs. Les satellites à capteurs passifs collectent des données sur la Terre via un rayonnement électromagnétique émis par le soleil et réfléchi par la Terre. D'autre part, les satellites à capteurs actifs émettent leur propre rayonnement et l'analysent lorsqu'il se réfléchit vers le satellite.

Résolution du capteur

Comme une caméra normale, différents capteurs satellites ont des capacités différentes . Chaque capteur aura une certaine résolution spatiale. Il s'agit essentiellement de la surface pouvant être capturée par le capteur à la fois, ou du nombre et de la taille de ses pixels. Certains capteurs sont capables de capturer une résolution allant jusqu'à 0,31 mètre carré par pixel, bien que la plupart n'aient pas une résolution aussi fine.

Gardez à l'esprit que les satellites sont constamment en mouvement. Cela signifie que pour capturer des images d'une vaste zone, soit le capteur doit pouvoir se déplacer, soit il doit y avoir un réseau de capteurs. Par exemple, si le satellite est en orbite du nord au sud, il peut avoir un capteur ou un miroir qui se déplace dans la direction opposée pour « balayer » une zone plus large lorsqu'il se déplace.

La résolution spectrale, quant à elle, est le type de lumière que le capteur peut capturer. Différentes structures sur Terre réfléchissent différemment le rayonnement électromagnétique, ce qui permet aux satellites d'être si utiles. Le rayonnement électromagnétique comprend la lumière visible (comme nous voyons à travers nos yeux), la lumière infrarouge et la lumière ultraviolette. Par exemple, la neige réfléchit assez fortement tous les rayonnements, tandis que la végétation dense absorbera beaucoup de lumière rouge mais émettra de la lumière infrarouge.

Ainsi, un satellite doté de capteurs capables de capter la lumière visible et infrarouge pourra différencier les différents environnements à la surface de la planète. Mais ce n'est pas tout ce que les satellites sont capables de faire.

Contrairement aux caméras normales, les satellites ont également une résolution temporelle. Cela fait référence à la quantité de temps entre les images pour un emplacement particulier. Si un satellite est utilisé pour surveiller une certaine zone, il faudra un certain nombre d'heures au satellite pour atteindre à nouveau cet emplacement au-dessus de la Terre.

Ainsi, vous pouvez voir que les satellites sont des équipements hautement spécialisés. Chaque satellite sera produit avec une tâche spécifique en tête (ou plusieurs tâches).

Traitement d'image

En raison de la taille de la Terre, de la nature des capteurs d'imagerie et du volume pur d'images à prendre, un traitement d'image est nécessaire pour produire des images utiles.

Un exemple est l'assemblage d'images. Quelle que soit la taille du capteur, pour que des images haute résolution soient prises sur de grandes surfaces, plusieurs images devront être prises. Celles-ci devront ensuite être « cousues » ensemble (heureusement, le logiciel le fait maintenant de manière presque transparente) afin de créer une seule image plus grande.

En raison du rayonnement, les images satellite présentent souvent des artefacts tels que des rayures ou des stries. La suppression de l'image est le processus de suppression de celles-ci pour créer de meilleures images.

De plus, en fonction de l'utilisation des images, des régions individuelles peuvent devoir être réimagées en fonction de la couverture nuageuse ou d'autres obstacles à la prise de vue. C'est là qu'intervient la résolution temporelle, et pourquoi cela peut nécessiter des milliers d'heures de passer au crible des images pour créer une carte idéale d'une zone.

A quoi sert l'imagerie satellitaire ?

Comme nous l'avons mentionné, l'imagerie satellitaire a un large éventail d'utilisations. Il s'agit notamment de la cartographie et de la navigation, de l'urbanisme, des prévisions météorologiques, de la surveillance écologique et de la surveillance militaire. Trois des utilisations les plus courantes de l'imagerie satellitaire sont expliquées ci-dessous plus en détail.

Images et cartes

L'exemple le plus connu d'imagerie satellitaire est probablement Google Earth. Vous pouvez facilement utiliser cet outil pour voir votre propre maison . De nombreuses autres organisations ont également développé des bases de données d'images satellitaires qui sont rassemblées en cartes utilisables. Cela peut entraîner la possibilité de zoomer sur un certain niveau de détail à n'importe quel endroit de la planète.

Pour créer des cartes, des images haute résolution doivent être prises à de nombreuses altitudes pour chaque emplacement. Cela comprend à la fois la photographie satellite et aérienne. Un logiciel sophistiqué est utilisé pour « fusionner » les altitudes les unes dans les autres lorsque vous zoomez sur la carte.

Détection de changement

Les satellites sont capables de suivre les changements dans une zone donnée de la surface de la Terre. Les régions polaires en sont un bon exemple. Les satellites sont non seulement capables de suivre la quantité de glace présente à un moment donné (via la réflexion de la lumière visible et infrarouge), mais sont également capables de produire des cartes topologiques du sol pour mesurer les changements d'altitude dans la glace polaire.

Prévision météorologique

Avez-vous déjà regardé les prévisions météo ou utilisé une application météo ? Vous pouvez remercier les satellites pour cela.

Les satellites ont des capteurs capables de capturer certaines longueurs d'onde de la lumière infrarouge et peuvent obtenir des informations sur les niveaux de chaleur.

Combinés à l'imagerie en lumière visible, les satellites peuvent capturer une image presque complète des systèmes météorologiques. En effet, la lumière visible fournit des informations qui pourraient ne pas être disponibles via l'infrarouge comme le brouillard (qui est très proche de la température de la terre en dessous).

L'imagerie thermique est également disponible la nuit (lorsque la lumière visible n'est pas disponible). Ceci est important pour la prévision météorologique, car différents types de systèmes météorologiques ont des signatures thermiques différentes (par exemple, des types de nuages).

Les satellites géostationnaires sont capables de surveiller une région particulière depuis une très haute altitude. Ils le font en orbite autour de la Terre à la même vitesse que la Terre tourne. Ceux-ci fournissent la plupart des informations que vous voyez sur les prévisions météorologiques. L'autre type de satellite météorologique est en orbite polaire et ne peut imager une zone que deux fois par jour, mais offre une résolution beaucoup plus élevée.

La combinaison d'informations sur la chaleur et la lumière réfléchie permet d'analyser les systèmes nuageux, la pollution, les incendies, les tempêtes, les températures de surface, etc.

Imagerie satellitaire : une nouvelle ère de la science

Avec l'avènement de l'imagerie satellitaire, les scientifiques ont pu observer la Terre à un nouveau niveau de détail auparavant inimaginable. Avec un accès facile aux images mondiales à travers le spectre lumineux, l'étude des modèles météorologiques et des modèles écologiques est devenue beaucoup plus sophistiquée.

Mais toutes les nouvelles technologies ont aussi un côté dangereux. L'imagerie par satellite est indispensable pour les efforts militaristes modernes, y compris la surveillance d'États étrangers ou les stratégies de planification.

Nous espérons que cet article vous a appris quelque chose que vous ne saviez pas sur la façon dont les satellites d'imagerie collectent des images !