la cartographie géologique : apport des techniques spatiales · • l’image obtenue dépend du...

La cartographie géologique : apport des techniques spatiales

Jean-Paul DEROIN, Université de Reims

jean-paul.deroin@univ-reims.fr

Paris, le 4 décembre 2014

Tiros 1, 1960 Première vue spatiale de la France

Les techniques spatiales

• L’Homme et une certaine vision des villes observées depuis le ciel

Portrait de la ville-cité et université de Reims par Moreau, 1635

Les techniques spatiales

• Toute information acquise depuis un vecteur (satellite, sonde, avion, etc.) et transportant au moins un capteur.

La comète Choury observée par la sonde Rosetta (capteur OSIRIS, 13 novembre 2014), Agence spatiale européenne (1ère image en couleur de la comète)

Principaux avantages des techniques spatiales

• 1. Spatialisation (vision de synthèse instantanée et homogène)

La baie du Mont-Saint-Michel observée à marée basse par le satellite ALOS (capteur AVNIR-2, 24 octobre 2007), JAXA, Agence spatiale japonaise

Carte géologique Baie du Mont-

Saint-Michel, BRGM, 1999

Principaux avantages des techniques spatiales

• 2. Temporalité (acquisitions répétées et parfois programmées)

La Mer d’Aral suivie par EOS, Earth Observing System « Terra » entre 2000 et 2013 (capteur MODIS), NASA, Etats-Unis

La Mer d’Aral suivie par les satellites Landsat 4 (1989) et Landsat 8 (2014) USGS, Etats-Unis

Principaux avantages des techniques spatiales

• 2. Temporalité (acquisitions répétées et parfois programmation)

1989 2014

Principaux avantages des techniques spatiales

• 3. Acquisition dans des domaines spectraux variés

Le spectre électromagnétique

Domaines utilisés pour l’observation de la Terre : Visible, infrarouge, micro-ondes (radar)

Principaux avantages des techniques spatiales

• L’image obtenue dépend du domaine de longueurs d’onde utilisé

La Terre vue en visible-PIR (gauche), Infrarouge vapeur d’eau (centre), Infrarouge thermique (droite) MSG (Meteosat Second Generation), Eumetsat, satellite européen

0,5-0,9 mm 10,5-12,5 mm 5,7-7,1 mm

Principaux avantages des techniques spatiales

• Acquisition dans le visible, mais aussi les infrarouges

Comparaison d’une image en « vraies couleurs » et d’une image codant l’infrarouge (PIR +MIR) Exemple de la forêt de Fontainebleau (données Landsat 5 - TM du 25 septembre 2011)

Principaux avantages des techniques spatiales

• Acquisition dans le visible, mais aussi dans le domaine radar

Comparaison d’une image optique Landsat 4 et d’une donnée radar ERS-1 sur le fleuve Aprouague (Guyane française)

Principaux avantages des techniques spatiales

• Importance des IR « ondes courtes » (SWIR) en géologie

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Principaux avantages des techniques spatiales

• Importance des IR « ondes courtes » (SWIR) en géologie

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Principaux avantages des techniques spatiales

• Importance des IR « ondes courtes » (SWIR) en géologie

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On distingue plusieurs types de capteurs

• (1) des imageurs dont la résolution est très variable (pixel de 50cm à 5km !), Spot est un des plus connus… Ils fournissent les données les plus utiles à la cartographie.

La Terre vue depuis Apollo 17 (1972) Le viaduc de Millau vu par Pléiades-1 (2012)

On distingue plusieurs types de capteurs

• (2) des informations topographiques obtenues : – soit par altimétrie (topographie des océans – Topex-Poseidon/Jason, GPS, etc.),

Identification de El Niño (en violet, c’est-à-dire en dépression) par le satellite Topex-Poseidon. NASA et CNES

On distingue plusieurs types de capteurs

• (2) des informations topographiques obtenues : – soit par traitement des données images (Modèle numérique de terrain issu de

traitements interférométriques ou stéréoscopiques, SRTM, ASTER, Spot, etc.)

Image Landsat TM drapée sur un modèle numérique de terrain SRTM Bou Azzer, Anti-Atlas, Maroc

On distingue plusieurs types de capteurs

• (2) des informations topographiques obtenues : – soit par traitement des données images (Modèle numérique de terrain issu de

traitements interférométriques ou stéréoscopiques, SRTM, ASTER, Spot, etc.)

Image QuickBird drapée sur un modèle numérique de terrain à haute précision Jabali, Yémen

On distingue plusieurs types de capteurs

• (2) des informations topographiques obtenues : – soit par traitement des données images (Modèle numérique de terrain issu de

traitements interférométriques ou stéréoscopiques, SRTM, ASTER, Spot, etc.)

Traitements interférométriques sur la région de Landers Californie, États-Unis. Séisme du 28 juin 1992 données radar ERS-1

On distingue plusieurs types de capteurs

• (2) des informations topographiques obtenues : – soit plus rarement par technologie Lidar (ex ICESat, CALIPSO).

Modèle numérique de la baie du Mont-Saint-Michel à partir de données Lidar (campagne Fondation TOTAL, traitement IFREMER)

On distingue plusieurs types de capteurs

• (2) des informations topographiques obtenues : – soit plus rarement par technologie Lidar (ex ICESat, CALIPSO).

Données Lidar sur une forêt proche de Rastatt (Bade-Wurtemberg) (Bilodeau et al., 2009), données Lidar B.Sittler

On distingue plusieurs types de capteurs

• (3) des instruments de mesures géophysiques (champ magnétique [SWARM], gravimétrie [GOCE], etc.),

Exemple du champ magnétique terrestre en juin 2014 vu par SWARM (Agence spatiale européenne)

On distingue plusieurs types de capteurs

• (4) des sondeurs analysant la chimie de l’atmosphère (par exemple l’instrument GOMOS d’ENVISAT pour la détection de l’ozone)

Exemple du trou d’ozone sur l’Antarctique dont le renforcement est détecté par GOMOS entre le 8 et le 29 septembre 2003 (Agence spatiale européenne).

Ne jamais oublier les photographies aériennes

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, 1997

Détection d’un réseau de failles par photographie aérienne oblique Bellengreville, Fm du Calcaire de Langrune (Bathonien), travaux pour la carte géologique

de Mézidon à 1/50 000, Éditions BRGM (Deroin et al., 1999)

Ne jamais oublier les photographies aériennes

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Comparaison photographie aérienne oblique/orthophotographie IGN Bellengreville, Fm du Calcaire de Langrune (Bathonien), travaux pour la carte géologique

de Mézidon à 1/50 000, Éditions BRGM (Deroin et al., 1999)

Être prudent avec les globes virtuels (tels que Google Earth)

• Des images dans le domaine visible seulement

• Des images principalement récentes et en vue verticale

• Des images à très haute résolution

• Des images mal référencées : une « image » Google Earth n’existe pas. GE met à disposition des images Spot, Pléiades, Ikonos, QuickBird, Geo-Eye, etc. – Les métadonnées indiquent le réseau commercial et non le capteur! : exemple Astrium

pour Pléiades, Digital Globe pour QuickBird, etc.

Capteurs panchromatiques Capteurs multispectraux Systèmes analogiques

Tabletsat-Aurora

D’après Deroin et al., 2012, complété

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Évolution de la résolution spatiale (taille du pixel) des principaux types d’images satellitales

2m

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Établissement de cartes géologiques télé-analytiques

(à partir des données de télédétection) Exemple avec de l’imagerie optique

Image Spot 1 (1986) et carte sur la région de

Montpellier (1987)

Établissement de cartes géologiques télé-analytiques Exemple avec de l’imagerie radar

Image ERS 1 (1992) et carte sur la région de Cayenne (1993)

Utilisation de la très haute résolution spatiale Exemple d’une image QuickBird (0,81m) sur les dolomies et

calcaires jurassiques (Oxfordien) du nord Yémen

Les formations carbonatées vues d’avion

avant d’atterrir à Sana’a

Utilisation de la très haute résolution spatiale Exemple d’une image Geo-Eye (0,50m) sur les filons aurifères de

Bi’r Samut-nord (Désert Oriental, Égypte)

Notez la présence des vestiges

archéologiques

La cartographie géologique : apport des techniques spatiales

Quelques conclusions…

- Satellites d’observation nombreux, mais accès aux données parfois difficile : identification, coût, traitements, etc. - Sous utilisation de l’information spatiale en géosciences

- Données parfois inadéquates pour la cartographie : échelle

d’utilisation, domaines spectraux considérés, temps de revisite, heure de passage, etc. - HR spatiale incompatible avec HR spectrale, manque de missions

spatiales spécifiques

- Complexification des bases de données : produits souvent inadaptés aux thèmes d’étude - Fort potentiel de développement de la télédétection spatiale,

notamment avec le Lidar et la haute résolution spectrale