Les nouveaux horizons de la télédétection
Depuis quelques temps, les industriels viennent régulièrement solliciter l'ONERA sur la télédétection optique, dont le niveau de maturité laisse envisager une sortie rapide des laboratoires, et d'innombrables applications civiles comme militaires.
Depuis quelques temps, les industriels viennent régulièrement solliciter l'ONERA sur la télédétection optique, dont le niveau de maturité laisse envisager une sortie rapide des laboratoires, et d'innombrables applications civiles comme militaires. "La télédétection optique désigne un ensemble de technologies permettant d'acquérir, à distance, des informations sur une scène ou un phénomène par des moyens optiques : caméras à haute résolution spatiale, imagerie infra rouge, caméras hyperspectrales, lidars ou imagerie laser 3D", détaille Bernard Rosier, adjoint au directeur du DOTA. Toutes ont beaucoup progressé au cours des dernières années, grâce à l'augmentation parallèle de la performance des capteurs et des capacités de calcul. Toutefois, sa nouvelle notoriété, la télédétection la doit beaucoup aux avancées de l'imagerie hyperspectrale, qui consiste à balayer le spectre d'une scène sur de multiples longueurs d'ondes (jusqu'à plusieurs centaines). Une évolution majeure qui permet désormais de dresser, depuis un avion ou un drone, des cartes de la nature des sols (argile, calcaire, etc), de leur taux d'humidité, des espèces végétales et de leur état de santé, des matériaux utilisés dans une rue ou sur les toits, etc. Pionnier de ce domaine, l'ONERA a , dans le cadre du projet SYSIPHE, conçu un imageur hyperspectral unique en Europe, capable de balayer un très large spectre de longueurs d'ondes, allant du visible à l'infrarouge. Autre réalisation remarquable de l'ONERA dans ce domaine : la plate-forme LIMA, véritable laboratoire dédié à la télédétection embarquée sur avions et drones, qui associe la plupart de ces capteurs. "Nous avons également développé une compétence de pointe dans le traitement de ces flux des données, souvent considérables. A titre d'exemple, nos caméras hyperspectrales aéroportées génèrent environ 2 To de données par campagne de mesure" précise Bernard Rosier.
Paroles d'experts
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Pierre-Yves Foucher Ingénieur de recherche au sein de l'Unité Propriétés optiques des scènes, DOTA
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Xavier Briottet Directeur de Recherche, chargé de mission pour la politique scientifique au DOTA
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Yannick Boucher Chef de l'unité Propriétés optiques des scènes, DOTA
Parmi les multiples applications envisageables de la télédétection, certaines sont à la croisée du civil et du militaire. C’est le cas pour tout ce qui touche à l'analyse très fine de la qualité de l'air, pour lutter contre la pollution, ou déceler des gaz toxiques. L'ONERA a ainsi lancé en 2012 un projet de recherche fédérateur baptisé SEPIA (Surveillance des émissions polluantes dans l'atmosphère). "L'objectif est "de franchir une nouvelle étape dans l'analyse à distance de la composition chimique d'un panache industriel" précise Pierre-Yves Foucher, ingénieur de Recherche au DOTA.
La capacité de la télédétection à recueillir des informations très complètes sur une scène intéresse au premier chef les militaires. D’autant plus que, sans atteindre la robustesse des techniques radars, l’observation optique s’utilise dans des conditions de visibilité de plus en plus difficiles : de nuit, dans de mauvaises conditions météorologiques et même à travers la végétation ou les filets de camouflage dans le cas de l’imagerie laser. L'ONERA a notamment étudié les apports de la télédétection sur des théâtre d'opérations en zone urbaine dans le cadre du programme européen DUCAS** (cf. Parole d'expert). De nombreuses applications civiles se profilent également. Des villes ou des bailleurs sociaux pourraient y recourir pour détecter des "pertes thermiques" par le toit des bâtiments, cartographier les matériaux des villes et surveiller leur vieillissement, observer la santé de la végétation... La prochaine étape consistera à passer de la recherche appliquée à des services au quotidien. Une échéance qui se rapproche estime Michel Humbert, directeur de la direction Commerciale et de la Valorisation. "Capteurs, capacités de traitement, disponibilité des porteurs, tout est en place pour favoriser le passage rapide de ces technologies à l'industrie "souligne-t-il"
Ces perspectives ont d’ailleurs amené l'ONERA à signer un important partenariat de Recherche et Innovation avec Total. "La télédétection pourrait enrichir les techniques de prospection du groupe ou contribuer à la surveillance de ses sites, en détectant par exemple d'éventuelles fuites de gaz sur ses plates-formes" indique Thierry Michal, Directeur Technique Général (cf. ITW Morash).
L'ONERA travaille déjà à de très nombreuses applicationsde la télédétection, mais ce domaine est tellement foisonnant et riche de promesses qu'il est sûr qu'il en reste bien d'autres à découvrir... Grâce à notre expertise et à notre expérience, nous sommes en mesure de conseiller aux industriels les meilleures solutions adaptées à leurs besoins spécifiques, et de leur fournir ces solutions en ayant levé le maximum de risques" se félicite Franck Lefèvre, directeur du DOTA.
Paroles d'experts
Déterminer à distance la composition d'un panache industriel, et suivre à la trace sa diffusion dans l'atmosphère reste un exercice extrêmement difficile avec les technologies classiques, qui oscillent entre capteurs in-situ au sol, trop locaux, et images satellite, trop générales. Des mesures plus adaptées sont nécessaires. C'est l'objet du projet de recherche fédérateur SEPIA (Surveillance des émissions polluantes industrielles dans l'atmosphère), lancé en 2012. Ce PRF prévoit le recours à trois technologies complémentaires pour mieux pénétrer au cœur de ces panaches, analyser leur composition (gaz et aérosols), et suivre leur trajectoire. Un aéronef filme la zone avec des caméras hyperspectrales qui fournissent une imagerie à haute résolutions spatiale et spectrale, tandis qu'au sol, deux types de Lidar infrarouge sont braqués sur le panache. L'un est dédié à la composition chimique du panache, l'autre à la détection des aérosols. Une première campagne sera menée dans le Sud de la France en septembre 2014. Elle sera suivie, un an plus tard, d'une seconde plus importante, en partenariat avec l’ADEME et différents laboratoires universitaires spécialisés dans la physique-chimie de l’atmosphère. L'une des nouveautés introduite par SEPIA sera de pouvoir cartographier plusieurs gaz à la fois, là où les technologies actuelles sont généralement limitées à un seul, d'en détecter plus (les alcanes, par exemple, qui échappent aux technologies lidar actuelles) mais aussi d'acquérir des informations beaucoup plus précises sur les aérosols (suies, poussières), en terme de type, de taille et de concentration.
Les nouvelles générations de systèmes de télédétection optique pourraient trouver d'innombrables applications dans les villes, qui regroupent désormais la moitié de la population mondiale. Les pouvoirs publics seraient ainsi susceptibles de s'en servir pour la planification urbaine afin par exemple de réguler l'extension des agglomérations au détriment des terres arables, repérer des pollutions sur des sites industriels proches de zones d'habitation et suivre leur évolution, ou encore identifier des toits contenant de l’amiante. Autre application envisageable : localiser les surfaces imperméables afin de comprendre le stockage en eau ou maîtriser les eaux de ruissellement.
La télédétection est également un outil pertinent pour gérer la biodiversité des villes mais aussi des forêts, en commençant par établir un inventaire de la végétation. L'imagerie hyperspectrale aéroportée permet de caractériser les essences d'arbres, tandis que l'imagerie infrarouge donne des indications sur leur état de santé, comme leur stress hydrique. Avec la télédétection, il est également possible de localiser les îlots de chaleur urbaine, qui ont démontré leur dangerosité pour la santé des personnes fragiles.
En zone urbaine, les moyens de renseignement classiques comme les images satellites ou les images aériennes trouvent souvent leur limite, en raison de la complexité du milieu. Les nouvelles technologies de télédétection peuvent apporter des informations complémentaires précieuses pour les forces engagées. Grâce à leurs dizaines ou centaines de bandes spectrales, les caméras hyperspectrales sont capables de détecter la plupart des camouflages classiques, conçus pour le visible, ou de repérer de la terre fraîchement retournée. Ces mêmes caméras pourraient également faciliter l'identification de la nature des sols, une information précieuse pour prévoir si un véhicule terrestre peut passer sur tel terrain ou non. Elles peuvent contribuer à identifier un véhicule par sa signature spectrale (sa couleur pour simplifier) et à le suivre ou relocaliser, ce qui s’avère délicat avec de l'imagerie classique ou infrarouge, les voitures ayant tendance à se ressembler vues du dessus. L'intérêt de la télédétection pour le combat urbain a été évalué dans le cadre du programme DUCAS** (Detection in urban scenarios using combined airborne imaging sensors), lancé par l'Agence européenne de défense, et mené avec six autres pays européens : Norvège, Belgique, Italie, Pays-Bas, Suède, Allemagne. Différents scénarios ont été testés de même que la combinaison entre de l'imagerie hyperspectrale et d’autres techniques. Lancé en 2011, ce projet s'est achevé début 2014 sur un bilan particulièrement positif. La combinaison de différentes techniques de télédétection comme l’imagerie hyperspectrale, l’imagerie à très haute résolution spatiale et l’imagerie laser 3D, possède un énorme potentiel.