1. Rappel de notions générales de cartographie
2. Généralités sur les images de satellites haute résolution
Les cartes sont établies en mettant en place les objets du paysage les uns par rapport aux autres par des mesures d'angles et de distances. Leur position relative est ainsi connue.
Pour connaître leur position réelle absolue sur la Terre, un réseau de points particuliers ou canevas géodésique, dont on est certain de la position exacte doit être mis en place pour «appuyer» le positionnement des objets.
Les géodésiens calculent la position exacte de ces points particuliers sur la surface géométrique de révolution qui s'approche le plus de la forme réelle de la Terre ou l'ellipsoïde de référence. Parmi ces points géodésiques, les plus importants sont matérialisés au sol par des marques ou bornes dont les coordonnées précises calculées par des géodésiens sont conservées dans des archives.
Les géodésiens utilisent plusieurs méthodes, plus ou moins coûteuses, pour obtenir les coordonnées de ces points. La sûreté de la mesure en dépend grandement.
Une carte sera d'autant plus précise que le canevas géodésique sur lequel elle s'appuie sera plus dense et plus cohérent. Il est donc important de connaître la méthode qui a été mise en œuvre par les géodésiens pour calculer la position des points géodésiques qui constituent ce canevas.
1.1.1 Cohérence géodésique
1.1.2 Erreurs entre différents réseaux géodésiques
Le canevas géodésique d'un pays donné a une bonne cohérence interne lorsqu'il a été établi par triangulation ou cheminements où les mesures d'angles et de distances sont obtenues par visée d'un point géodésique à l'autre. Les erreurs internes sont de quelques mètres.
Cependant, le point fondamental, ou «Datum» à partir duquel s'enchaînent toutes ces mesures n'offre aucune exactitude relative à un référentiel géocentrique global et peut être mal positionné de quelques centaines de mètres.
Tableau 4 - Exemple de passage du datum de Carthage (Tunisie) à WGS84
|
Composante vectorielle |
WGS84 |
|
D x |
-263m |
|
D y |
6m |
|
D z |
431m |
Les angles de rotation sur les axes x,y,z de WGS84 sont nuls.
En effet, ce point origine conventionnel du système géodésique
est déterminé par méthodes astronomiques, c'est-à-dire,
en particulier, où la verticale physique est assimilée à
la normale à l'ellipsoïde. Ce dernier est également lui-même
l'objet d'un choix conventionnel et la confusion des coordonnées de ce
point fondamental avec des coordonnées géocentriques globales
amènerait à des écarts de quelques centaines de mètres.
Entre deux canevas de deux pays voisins, tous deux établis par triangulation mais n'ayant pas le même point d'origine, l'erreur peut être de quelques centaines de mètres.
C'est une erreur facile à corriger si l'on «recale» correctement les points d'origine par rapport à un système mondial tel que la WGS84. En dehors de la correction d'orientation de la normale, les trois paramètres de la transformation à appliquer (D x, D y, D z) sont connus pour la plupart des pays; s'ils ne le sont pas, il est facile de les calculer. Il faut alors utiliser des appareils GPS géodésiques de grande précision pour chercher la vraie valeur des coordonnées de 4 à 5 des points du réseau géodésique existant. Les GPS donnent la position des points où ils sont mis en station sur la Terre grâce à une «constellation» de satellites dont la position dans l'espace est parfaitement connue et est rapportée à un Ellipsoïde de référence universel.
Dans le cas où le canevas d'un pays est basé sur des points principaux mesurés par des visées astronomiques uniquement, la cohérence interne est mauvaise. L'erreur de position à l'intérieur du système peut atteindre plusieurs centaines de mètres sans possibilité de correction facile (sauf à mesurer de nouveau correctement tous les points principaux). Au niveau de chaque pays, les méthodes qui ont été utilisées pour l'établissement des réseaux géodésiques sont connues pour chaque pays et résumées dans le tableau synoptique à la fin de ce chapitre.
1.2.1 Levés à la planchette
1.2.2 Cartes semi-régulières
1.2.3 Cartes régulières
Beaucoup des cartes de l'Afrique à petite échelle ont été
établies à l'origine par les services géographiques des
puissances européennes pour les besoins de développement des territoires
colonisés. Selon les délais accordés par l'administration
et l'importance du développement attendu, le travail n'était pas
fait partout avec le même soin et l'on trouve trois grands types de cartographie:
Dans ce cas, on a procédé à un simple levé à
la planchette de fonds topographiques (uniquement planimétriques, sans
altitude) qui met l'accent sur la géomorphologie et les formes d'ensablement.
Ces levés s'appuyaient sur un canevas astronomique de campagne. On a
ce type de cartes dans une bonne partie des régions désertiques
au nord du 16° parallèle Nord.
La carte dite «semi-régulière», s'appuyant sur un canevas
géodésique astronomique, est une mosaïque semi-contrôlée
de photographies aériennes, avec tracé de courbes de niveau sous
stéréoscope utilisant en appui quelques mesures d'altitudes barométriques.
Elle concerne le reste de la zone désertique au nord du 16° parallèle
Nord.
La carte régulière obéit à des nonnes de conception et à des spécifications de précision plus sévères. Notamment, aucune des opérations de terrain ne doit entraîner d'erreur supérieure à l'erreur de dessin (estimée à 0,2 mm soit 40 m sur le terrain à l'échelle de 1:200000).
Sur les deux premiers types de cartes, surtout le premier, les réseaux hydrographique, de communications sont mis en place avec plus ou moins de précision. Des différences sensibles apparaissent à la comparaison d'images satellites récentes.
Enfin, les grands travaux de cartographie à échelle moyenne, 1:200000 ou 1:250000, sont le plus souvent anciens, c'est à dire au moins 35 ans d'âge. Or, comme l'écrivait Voltaire: «La cartographie est le seul art dans lequel les derniers ouvrages sont toujours les meilleurs.»
2.1 Caractéristiques générales
2.2 Landsat TM
2.3 SPOT
2.4 ERS
2.5 Radarsat
2.6 IRS
2.7 JERS1 et ADEOS
2.8 Choix final
Plusieurs satellites actuels fournissent des images dont la résolution spatiale est compatible avec les besoins définis par les thématiciens d'AFRICOVER, compte tenu de leur échelle de travail du 1:250000. Une taille de pixel de 20 ou 30 m (0,1 mm sur la carte) est suffisante pour le thème «occupation du sol» à cette échelle. Une résolution plus fine permet d'améliorer la discrimination de certaines classes thématiques et de mieux interpréter et donc de mettre à jour les détails planimétriques liés à l'activité humaine tels que le réseau routier et les lieux habités.
Les caractéristiques radiométriques des images doivent être telles qu'elles fournissent l'information sur l'occupation du sol qui est recherchée et on doit pouvoir accéder à cette information en suivant des méthodes d'interprétation visuelle fiables et faciles à mettre en œuvre. Il faut donc disposer d'images de satellites dont les capteurs opèrent dans les longueurs d'onde du visible et du proche infrarouge qui sont les plus adaptées pour la reconnaissance de la végétation.
Les images doivent pouvoir être corrigées géométriquement de leurs défauts intrinsèques et des effets du relief du sol. Les possibilités permises par les traitements informatique nécessitent l'acquisition de données numériques:
Les principales données satellite présentes actuellement sur le marché et pouvant répondre aux besoins d'AFRICOVER sont rapidement décrites dans les paragraphes suivants en particulier du point de vue de la qualité géométrique.
Tableau 5 - Les types d'image utilisables pour AFRICOVER
|
Type d'image |
Niveau d'acquisition |
Visibilité |
Date d'acquisition |
Intervalles spectraux |
Angle de prise de vue |
|
LANDSAT TM |
Bulk |
au moins 90% |
Meilleure discrimination possible |
Vis, PIR, MIR |
Nadir |
|
SPOT |
1A |
au moins 90% |
Meilleure discrimination possible |
Vis, PIR |
Nadir |
|
ERS 1-2 |
slant / ground |
- |
- |
Bande C |
Angle d'incidence nominal |
|
IRS1C |
Equivalent à SPOT |
au moins 90% |
Meilleure discrimination possible |
Vis, PIR |
Nadir |
|
JERS 1 OPS |
2-5 |
au moins 90% |
Meilleure discrimination possible |
Vis, PIR |
Nadir |
|
JERS 1 SAR |
SAR |
- |
- |
Bande L |
Angle d'incidence nommai |
|
RADARSAT |
slant/ground |
- |
- |
Bande C |
Angle d'incidence minimum |
Le satellite Landsat 5 a été lancé en 1984 avec une durée de vie prévue de 3 ans mais il est encore opérationnel après 11 ans.
Les données Landsat TM sont bien adaptées à la cartographie prévue par AFRICOVER notamment du fait des nombreuses bandes spectrales (visibles, proche et moyen infra rouge). La résolution spatiale reste cependant limitée pour les zones très densément peuplées cartographiés à des échelles du 1:100000. Il est aussi à noter que compte tenu de l'âge de la technologie de la satellite, les images actuelles de Landsat TM peuvent être d'utilisation délicate pour un travail de cartographie géométrique de précision. En effet, ces images de Landsat TM sont formées à l'aide d'un miroir oscillant qui envoie l'image du sol sur plusieurs détecteurs situés en ligne, parallèlement à la direction de déplacement du satellite sur son orbite et le vieillissement de ce miroir pose des problèmes de géométrie des lignes de pixels scannés. Le choix des images Landsat nécessitera donc une vérification au préabable de la qualité géométrique des données.
Comme l'imagerie Landsat, celle du satellite SPOT est aussi adaptée du point de vue radiométrique et spatial à la cartographie du 1:250000. D'un coût au km2 plus élevé, elle présente cependant un intérêt technique du point de vue de la géométrie.
En effet, le satellite SPOT de technologie plus récente est considéré comme fiable géométriquement du fait d'une part de mode de détection "push broom" (3000 détecteurs en ligne et donc pas de miroir oscillant) et d'autre part de la bonne connaissance des paramètres de position du satellite. Un des avantages de cette fiabilité géométrique et aussi de pouvoir de corriger et assembler des blocs de scènes selon la technique de spatio-triangulation. Cette technique est même utilisable dans les zones à couvert nuageux dans la mesure où les points d'appui peuvent être pris sur une même trace dans les quelques zones sans couvert nuageux.
En décembre 1996, le Satellite SPOT 3 a cessé de fournir des images, consécutivement à une défaillance de l'un de ses gyroscopes de bord. Seuls les satellites SPOT 1 et 2 sont en ce moment opérationnels et SPOT 4 devrait quant à lui, fournir des images à la fin de 1998.
ERS est une série de satellites radar européen dont le premier satellite ERS1 a été lancé en Juillet 1991 et le second en Avril 1995. Ce satellite utilise une bande C dont les caractéristiques ont été déjà testées pour la cartographie de l'occupation du sol dans le cadre d'un projet pilote AFRICOVER. Les résultats se sont montrés positifs quand il s'agit de déterminer le couvert forestier ou de compléter l'identification des zones agricoles à partir de données multidates. Les données radar n'ont certes pas les capacités des données optiques mais peuvent s'avérer un utile complément dans les zones a fort couvert nuageux. Ce satellite couvre l'ensemble du continent africain compte tenu des stations de réception de Fucino, Maspalomas, Malindi, Libreville et Johannesbourg. Il a une très bonne géométrie et peut être utile pour asseoir une base géométrique de référence dans les zones couvertes de nuage et ayant des cartes topographiques peu précises (ex Afrique centrale). ERS sera remplacé en 1999 par un nouveau satellite appelé Envisat.
Radarsat a été lancé le 4 novembre 1995 et est opératif dans la bande C (5.6 cm de longueur d'onde et 5.3 Ghz de fréquence) avec une polarisation de HH et une visée latérale à droite. Le senseur permet une acquisition des données selon 7 modes différents avec plusieurs résolutions et angles d'incidence. Les données Radarsat tout comme celles de ERS on été testées dans le détail pour la cartographie des données AFRICOVER. Les résultats relativement comparables à ERS ont montrés aussi la flexibilité permise par les différent modes et résolutions de Radarsat qui apparaissent souvent complémentaires et qui présentent un fort intérêt pour la cartographie et le suivi de l'occupation du sol dans les zones a fort couvert nuageux.
Les satellites indiens IRS utilisent la technique des barrettes de détecteurs qui génèrent une ligne d'image à la fois («push-broom»); les images ont donc une bonne cohérence géométrique et peuvent être corrigées par blocs sous réserve que le satellite transmette au sol des paramètres d'attitude précis.
Les caractéristiques des satellites IRS sont proches de celles de Landsat TM pour IRS1B et de SPOT pour IRS 1C.
Au début de l'année 1997, IRS1B et IRS1C fournissent des images. Cependant l'opérationalité n'est pas totalement effective puisque il semble que la programmation et l'usage de l'enregistreur de bord ne soient pas encore opérationnels sur IRS1C et que IRS1B ne dispose pas d'enregistreurs de bord; de plus il n'existe pas actuellement de station de réception couvrant l'Afrique équatoriale et l'Afrique australe.
JERS1
Lancé par la NASDA japonaise en 1992, JERS 1 délivre des images à la fois de type RADAR et visible/proche infrarouge. Les données radar sont dans la bande L donc différentes du satellite européen ERS-1 et du canadien Radarsat. Le capteur optique de JERS1 présente aussi la particularité d'offrir une stéréoscopie le long de la trace avec une précision altimétrique théorique approchant les 9 m et un rapport B/H constant de 0,3 et il dispose de 4 bandes plus longues (SWIR) dont certaines caractéristiques sont comparables aux bandes 5 et 7 de Landsat TM. Bien que JERS1 n'ait pas été conçu au départ pour une utilisation commerciale intensive, le RESTEC, au Japon, commercialise des données optiques, stéréo et radar acquises depuis 1992 sur toute la planète. D'autres stations dans le monde, dont celles de l'ESA pour l'Europe et l'Afrique du Nord captent les images optiques et Radar de JERS1. Le satellite possède un enregistreur de données, mais la programmation à usage commercial n'est pas possible. L'utilisation de JERS1 a semble-t-il été prolongée à l'an 2000.
ADEOS
ADEOS est un satellite tout récemment lancé par la NASDA encore dans sa phase de tests. Il présente des caractéristiques intéressantes, car multi-capteurs. Deux instrumentations principales pourraient dans l'avenir intéresser directement les projets AFRICOVER: L'AVNIR basé sur des bandes spectrales visibles et proche infrarouge, et une instrumentation à des longueurs d'ondes plus grandes, permettant d'obtenir une résolution au pixel de 700 m sur des canaux infrarouges moyen et thermique.
Dans le cas du projet AFRICOVER, le choix final entre les données résultera d'une optimisation prenant en compte, la disponibilité en image de qualité aux dates appropriées, les caractéristiques géométriques des données, les possibilités de spatiotriangulation et bien entendu le coût total de la couverture satellitale.
