Auteurs : Anne Jacquin, Sébastien Bosch, Sylvain Baradat, Fahd Benatia, Philippe Nonin, Hervé Poilvé, Alexis Barot, Janos Balazs – AIRBUS Defense & Space

La disponibilité d’archive d’images satellites à large échelle et l’essor des méthodes de traitement de gros volumes de données sur le cloud ont permis la mise à disposition de nombreuses mosaïques à l’échelle globale. Beaucoup de ces mosaïques sont utilisées comme des fonds cartographiques.

Elles sont développées pour être sans couverture nuageuse, livrées en bandes Bleu-Vert-Rouge et avec application de post-traitements pour un rendu visuel clair et homogène. Très souvent, les nuages sont masqués en utilisant 1) des techniques de compositage comme EOX Sentinel2 image composite à partir d’images de niveau L1C ou 2) des lignes de raccord pour des mosaïques avec des images à haute résolution spatiale comme les fonds cartographiques d’AIRBUS DS, Maxar ou Planet.

Pour éviter les nuages, ce type de mosaïques utilise des images acquises à des dates différentes mais principalement au cours des saisons où le couvert nuageux est faible (printemps/été). Ainsi, les variations saisonnières dues aux changements de conditions climatiques sont rarement explorées ou alors seulement localement comme le produit « Select Basemap » de Planet.

Dans ces approches, l’utilisateur choisit la période d’acquisition des images satellites utilisées pour réaliser la mosaïque saisonnière. Le produit final est donc orienté, subjectif. Pour adresser cette limite, AIRBUS a développé une chaîne de traitement autonome reposant sur trois principales étapes.

Dans un premier temps, il s’agit de sélectionner les images satellites adaptées à caractériser les saisons sèches et humides en tout point du globe où de telles variations modifient le paysage.

La deuxième étape consiste à gérer les problèmes liés aux conditions atmosphériques dans les images sélectionnées. Plus particulièrement, il convient de garantir :

1. un alignement géométrique des images avec un ajustement bundle global,
2. une stabilité radiométrique entre années et saisons et inter-capteurs.

Troisièmement, les nuages et leurs ombres sont masqués en utilisant un algorithme basé sur le paradigme des lignes de raccords.

Cette chaîne de traitement a ensuite été mise en œuvre en utilisant l’archive d’environ 400 000 images satellites SPOT6/7 couvrant la période 2013 à 2020. Pour gérer le volume d’images à traiter dans un temps/délai raisonnable, la chaîne développée est quasi déportée sur le cloud sauf pour la partie amont de sélection des images. Ainsi, 3 millions de km2 de mosaïques à l’échelle métrique ont été produits sur le continent africain à des fins de validation. Cette surface couvre des zones biogéographiques hétérogènes et des paysages très variés. Deux types d’analyse ont été faites.

La mosaïque en saison humide produite à partir d’images SPOT a été comparée avec :

1. une mosaïque en saison humide produite à partir d’images Sentinel2 ;
2. une mosaïque en saison sèche produite à partir d’images SPOT.

Les résultats montrent les performances d’une chaîne de mosaïquage de bout-en-bout. L’algorithme de sélection des images satellites permet de valoriser au mieux les quelques 400.000 images d’archive SPOT6/7 et de sélectionner les plus pertinentes par saison. Les étapes de débrumage et compositage améliorent les aspects radiométriques et sont efficaces pour réduire au minimum le couvert nuageux.

Ce travail a été présenté à l’occasion de la conférence IGARSS23 les 16-21 Juillet 2023. Un article présentant dans le détail la méthodologie sera prochainement publié dans la revue de la SFPT.

Le CNES, opérateur avec Bpifrance du volet spatial de France 2030, a lancé le 11 avril 2023 un appel à manifestation d’intérêt (AMI) destiné à recenser les besoins des acteurs publics français en données spatiales et services innovants intégrant des données spatiales. Les cas d’usages les plus prometteurs pourront bénéficier d’un soutien de France 2030, sous la forme du financement d’une commande publique dédiée opérée par le CNES pour le compte d’un ou plusieurs utilisateurs.

Une première relève des réponses a eu lieu le 22 mai 2023. Vous avez été très nombreux à répondre avec près de 120 besoins exprimés par 83 entités publiques différentes : administrations centrales, déconcentrées, collectivités territoriales, établissements publics, associations chargées d’une mission de service public.

De nombreux cas d’usage émergent, certains proches du marché et d’autres en phase de développement plus amont. L’analyse du CNES portera notamment sur la priorisation de ces besoins vis-à-vis des objectifs de France 2030. En particulier, dans une logique d’amorçage, ces premières références publiques devront permettre aux entreprises innovantes de se positionner sur de nouveaux marchés commerciaux, en France comme à l’export. Les premiers AO pourraient être lancés d’ici la fin de l’année.

L’AMI est ouvert jusqu’en avril 2024. Une deuxième relève est prévue le 20 novembre prochain. Les réponses à l’AMI sont à renseigner au travers d’un formulaire disponible en ligne.

Initiative internationale créée en 2019, l’Observatoire Spatial pour le Climat SCO propose d’exploiter au mieux le potentiel des données spatiales dans la lutte contre le changement climatique. Avec une approche fondée sur les besoins avérés des territoires, il mutualise données et acteurs pour accélérer le développement d’outils d’aide à la décision capables d’éclairer les choix des politiques et stratégies d’adaptation aux impacts du changement climatique.

Pour cela, il labellise, accompagne et valorise des projets scientifiques suffisamment matures pour devenir des applications opérationnelles en 24 mois maximum. En 2023, le SCO lance son appel à projets annuel du 1er septembre au 17 novembre. Deux webinaires d’informations sont organisés les 28 septembre et 19 octobre pour les partenaires français.

N’attendez pas, consultez l’appel à projets du SCO France et participez à transformer le paysage de l’action climatique.

Le 8e colloque scientifique du Groupe Hyperspectral de la SFPT (SFPT-GH) s’est déroulé à Paris les 5 et 6 juillet 2023, dans les locaux d’Université Paris Cité sur le campus des Grands Moulins, avec le soutien du CNES, du CEA, de l’ONERA, de l’IPGP, d’Université Paris Cité et de la SFPT.

Huit sponsors ont aussi participé, avec un stand dédié et une session de présentation de
leurs activités en télédétection hyperspectrale : Bonsai Advanced Technologies, Hytech-imaging, NV5 Geospatial, Optoprim, Pro-Lite Technology, Quantum Design, Sophia Engineering et Telops.

Le colloque a rassemblé 97 participants sur les deux jours, une participation record par rapport aux précédentes éditions, qui ont compté entre 60 et 90 participants. Cela confirme l’engouement des utilisateurs pour l’utilisation de la donnée hyperspectrale, et s’est traduit par une grande diversité des participants : institutionnels, scientifiques, industriels, civils et militaires, couvrant de la définition des missions spatiales aux applications avales en passant par l’instrumentation.

Le colloque a permis d’assister à 31 présentations orales réparties sur 9 sessions dédiées aux thèmes suivants : institutionnels & exposants, missions spatiales, instrumentation & méthodologie, milieux littoraux, atmosphère, planétologie, végétation et milieux anthropisés. En outre, 13 posters ont été présentés lors d’une session dédiée.

A notre invitation, nous avons eu le plaisir d’écouter Sabine Chabrillat (GFZ Potsdam), PI scientifique de la mission hyperspectrale EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program), qui a exposé le statut de la mission, du point de vue scientifique et des applications.

Notons qu’il s’agit du premier colloque scientifique du Groupe Hyperspectral où des données spatiales provenant des satellites PRISMA et EnMAP ont été présentées. Cette manifestation a donc permis de rassembler une partie de la communauté nationale du domaine de l’hyperspectral, réjouie de se réunir après une pause de quatre ans depuis la précédente édition. La diversité des présentations a montré le dynamisme de cette communauté, au travers des projets de missions spatiales, applications et instruments innovants.

Ce colloque nous a aussi donné l’opportunité de décerner deux prix étudiants à l’issue d’un vote ouvert aux participant : Louis Zaugg (CEA-Bruyères-le-Châtel) a remporté le prix étudiant oral et Léa Schamberger (LIS-Toulon) a remporté le prix étudiant poster. Félicitations à tous les deux!

Les présentations orales et les posters seront mis en ligne prochainement sur le site de la SFPT-GH.

Nous donnons rendez-vous à la communauté scientifique pour l’édition 2024 qui sera Nous donnons rendez-vous à la communauté scientifique pour l’édition 2024 qui sera accueillie à Rennes les 30 et 31 mai, et organisée par Jean Nabucet et Thomas Corpetti du LETG (Littoral, Environnement, Télédétection, Géomatique).

Le tableau de bord de suivi satellitaire des taux de remplissage des retenues a été actualisé jusqu’à début août 2023 pour 374 retenues (il intègre 64 nouvelles retenues).

Ce tableau de bord est un démonstrateur, développé en partenariat entre l’IGEDD (Inspection générale de l’environnement et du développement durable) et le CNES (Centre national d’études spatiales) à la demande de la DEB (Direction de l’Eau et de la Biodiversité du Ministère de la Transition écologique) dans le cadre de la mission « Inventaire National des Plans d’Eau ».

Illustration

Le graphique ci-dessous illustre l’évolution des taux de remplissage des retenues de Lavaud et Mas Chaban (Charente) jusque fin juillet 2023. Les dynamiques de remplissage de ces barrages voisins sont très similaires. Après un étiage 2022 prononcé (taux de remplissage de 25% en novembre 2022, comparable aux étiages 2017 et 2019) le remplissage 2022-23 a été retardé par rapport à la moyenne annuelle (taux de remplissage de 90% atteint en mai 2023, comparable à l’année 2019).

Explications

Le tableau de bord est issu de travaux menés par l’IGEDD et le CNES avec l’appui de la DREAL Occitanie. La méthode repose sur (1) la mesure satellitaire de la superficie en eau (passage hebdomadaire des satellites), (2) l’établissement de la relation superficie-volume par traitement d’un modèle numérique de terrain environnant (RGE Alti de l’IGN), (3) la conversion des superficies en volumes et taux de remplissage.

En l’état actuel le tableau de bord est limité à la métropole. Il fonctionne de façon indépendante et autonome, sans apport de données des gestionnaires de retenues (ses données issues de mesures satellitaires et d’estimations sont a priori moins précises que celles produites par les gestionnaires). Il suit 274 retenues en superficie (mesure), volume et taux de remplissage (estimation) au pas de temps hebdomadaire actualisé mensuellement (données actualisées au 31 juillet) et 100 retenues supplémentaires seulement en superficie et taux de remplissage (dans l’attente d’une relation plus précise entre superficie et volume).

En tant que « démonstrateur », ce tableau de bord présente des marges d’amélioration significatives qui sont en cours d’exploration :

• la précision est de l’ordre de 15% sur les taux de remplissage (performance atteinte pour 80% des 50 retenues du bassin Adour Garonne ayant servi à l’évaluation)
• les lois superficie-volume pourraient être améliorées à partir des tableaux niveau-volume des gestionnaires
• il n’exploite pas encore les données radar qui assureraient des données même en présence d’un couvert nuageux
• les plans d’eau gelés (notamment en altitude en période hivernale) ne sont pas correctement suivis

Vous pouvez zoomer sur la carte, choisir la retenue qui vous intéresse, cliquer dessus et accéder aux séries temporelles (janvier 2017 à juillet 2023 inclus) de superficie (dans tous les cas), de volume et de taux de remplissage.

Vous pouvez aussi passer en mode « année » qui permet de superposer les années (abscisses de janvier à décembre).

En 2023, les données sont actualisées chaque mois jusqu’en août inclus (en première quinzaine du mois suivant).

A partir de 2024 nous passerons à 3 000 retenues sur métropole et départements d’outremer actualisées de façon hebdomadaire, dans le cadre du Programme France 2030 Hydro piloté par le CNES et le MTECT/DEB.

Et si les logiciels 3D du CNES pouvaient être une aide supplémentaire dans la gestion des catastrophes naturelles ?

David Youssefi, Emmanuel Dubois et Dimitri Lallement, CNES

En février 2023, la Turquie et la Syrie ont été frappées par plusieurs tremblements de terre. Ces séismes ont eu des conséquences dévastatrices, provoquant d’énormes destructions.

Les secousses ont entraîné l’effondrement de bâtiments, de ponts et d’autres infrastructures, entraînant des pertes humaines et matérielles considérables.

Les autorités locales et les équipes de secours ont immédiatement réagi pour porter secours aux victimes, évacuer les zones à risque et fournir une assistance médicale d’urgence.

Ces événements ont mis en lumière la nécessité d’améliorer la préparation aux catastrophes et les mesures d’atténuation dans ces régions, afin de réduire les impacts futurs de tels tremblements de terre.

En quoi les logiciels 3D du CNES pourraient être une aide supplémentaire ?

Au Campus de la Donnée (DTN/CD) du CNES, des ingénieurs de différents services développent une suite d’outils 3D CNES. Ces outils combinés à l’agilité des satellites Pléiades permettent d’estimer de façon automatique et quantitative les changements entre deux dates, ce qui pourrait être une aide précieuse pour un service de cartographie rapide comme celui du SERTIT, qui crée des cartes des infrastructures en fonction de leur état de dégradation.

CARS (Chaine Automatique de Restitution Stéréoscopique) génère un Modèle Numérique de Surface (Digital Surface Model en anglais) à partir d’images satellites acquises de deux (ou plus) points de vue différents.

Un Modèle Numérique de Surface est une description altimétrique du sol et de ses superstructures, c’est-à-dire les objets qui occupent le sol, du fait de l’homme ou non (végétation, bâtiments…). Il est obtenu par photogrammétrie, principe équivalent à la vision humaine, qui détermine si un objet est plus ou moins proche en fonction du déplacement de ce dernier dans les deux acquisitions, comme le montrent les deux images de Pyramides ci-dessous :

Bulldozer extrait le Modèle Numérique de Terrain du Modèle Numérique de Surface.

Un Modèle Numérique de Terrain est un Modèle Numérique de Surface privé des éléments de « sursol » : végétation, bâtiments. Ces éléments de sursol peuvent alors être récupérés par soustraction du MNS et du MNT pour obtenir un Modèle Numérique de Hauteur (MNH).

DemCompare peut alors comparer le MNH obtenu à partir des images acquises avant la catastrophe et le MNH obtenu à partir des images acquises après la catastrophe et comparer les résultats.

Le résultat est une carte des bâtiments détruits et reconstruits : le schéma résumant les différents traitements ci-dessous montre les résultats sur un extrait.

Ces logiciels sont capables de traiter des données satellite type Pléiades. Sachant que ces données sont gigantesques (de taille 40000×40000 pixels), la carte produite pourrait alors être un guide pour l’annotation en cartographie rapide qui relève aujourd’hui à la main l’état de dégradation des bâtiments.

Ces logiciels sont open-source et l’accent a été mis sur la facilitation de leur utilisation pour développer leurs usages. Cela a été démontré en les présentant lors de la conférence FOSS4G Prizren 2023 au travers d’un workshop où de nouveaux utilisateurs ont pu mettre eux-mêmes en œuvre ces outils. Vous pourrez retrouver tout le matériel de ces travaux pratiques aux liens suivants :

• Le dépôt GitHub
• Les slides des travaux pratiques avec les présentations des trois outils :
  • CARS
  • Bulldozer
  • DemCompare

Cette suite de logiciels impulsée notamment par le projet CO3D sera au cœur de la chaine de traitement et du centre de calibration image développés par le CNES dans le cadre d’un partenariat public-privé avec AIRBUS pour produire massivement le monde en 3D et ainsi faciliter l’accès à cette 3e dimension pour de nouvelles applications.

Remerciements

Merci au projet Pléiades de nous avoir permis de mettre en open data les extraits pour la démonstration

Merci aux projets CO3D, Pléiades, S3D2, AI4GEO, Formater pour le soutien dans le développement de cette suite d’outils

Auteurs : Anne Jacquin, Clément Jeanbart, Loris Pineau (Airbus Defence and Space)

La traficabilité hors-piste estimée par combinaison de données géospatiales ; un produit géographique socle d’appui pour la connaissance du milieu;

Connaître la traficabilité d’une zone d’intérêt est une information clé pour toute force armée désireuse de déployer des moyens sur le terrain, voire capitale en période de conflit pour obtenir un avantage sur l’ennemi.

On entend par traficabilité la capacité du terrain à supporter le passage de véhicules. C’est un paramètre essentiel rentrant dans le calcul d’un itinéraire sur une large zone et de sa durée pour l’accomplir hors réseau aménagé et avec n’importe quel type de véhicules.

La traficabilité dépend de la praticabilité du terrain et de la mobilité du véhicule. Très souvent, les mesures de terrain in situ avec des matériels tels qu’un pénétromètre ou un scissomètre, ne permettent pas d’estimer la traficabilité correctement (information ponctuelle difficilement spatialisable) et nécessitent de mettre en œuvre des protocoles lourds et coûteux.

Par conséquent, des méthodes avancées basées sur des données géospatiales ont été développées. Cependant, en faisant intervenir un grand nombre de facteurs, elles ne sont pas toujours facilement reproductibles. Aussi, dernièrement, les travaux de recherche sur ce domaine ont été orientés à proposer des méthodes s’appuyant sur des règles expertes pour gagner en simplicité et en généricité. Elles utilisent, entre autres, des outils SIG (Système d’Information Géographique) permettant une automatisation et une simplification des calculs.

Dans ce contexte, depuis 2020, AIRBUS Defense and Space développe une chaîne de traitement de données géospatiales permettant de produire à un pas de temps mensuel, pour une résolution spatiale et une zone d’intérêt définies, un indice de traficabilité. Six facteurs sont pris en compte dans le modèle, cinq relatifs à la praticabilité du terrain (la pente, la texture de sol, l’humidité et la température du sol et l’occupation du sol) et un relatif à la mobilité du véhicule. Dans l’estimation de la praticabilité du terrain, si la pente et la texture de sol sont des caractéristiques du milieu peu variables d’un point de vue temporel, ce n’est pas le cas pour les trois autres facteurs. Ils sont en effet impactés par les variations saisonnières, intra et inter annuelles, de la couverture végétale, des précipitations et des températures.

Des tests ont été réalisés sur plusieurs zones géographiques en Afrique et en Europe présentant des conditions pédoclimatiques variées en utilisant des données couvrant la période 2017-2022. Les cartes de traficabilité produites sont analysées par confrontation et comparaison avec des données issues d’observation de terrain, lorsque cela existe, ou des dires d’experts. La figure ci-après illustre un exemple de carte de traficabilité sur le camp de manœuvre de Canjuers dans le sud-est de la France.

Un article présentant dans le détail toute cette étude sera prochainement publié dans la revue de la SFPT.

Le prochain appel à sujets de thèse du CNES sera ouvert du lundi 18 septembre 2023 au lundi 16 octobre 2023.

Le CNES invite les laboratoires à soumettre leurs propositions de sujets de thèses via la plateforme d’appels à contribution du CNES : https://appels-sciences.cnes.fr/fr.

Les sujets sélectionnés seront affichés à l’appel à candidatures qui sera ouvert du 1er février au 15 mars 2024.

Le programme d’allocations de recherche doctorales et postdoctorales du CNES est un des piliers de la préparation du futur au CNES. Il a pour objectif de :

• Former des jeunes chercheurs et des ingénieurs dans le domaine spatial
• Assurer un environnement scientifique d’excellence et une forte capacité d’innovation :
  • entretenir un riche vivier de compétences pour l’écosystème spatial national, académique et industriel,
  • fortifier les échanges entre jeunes chercheurs, industrie et laboratoires.
• Soutenir la recherche spatiale dans les domaines :
  • des sciences utilisatrices de moyens spatiaux : Univers, Terre et Environnement, Micropesanteur,
  • des sciences pour l’ingénieur : systèmes orbitaux et transport spatial,
  • des sciences humaines et sociales (droit, économie, gestion…)
• Renforcer les liens entre les jeunes chercheurs, le CNES et l’industrie :
  • organisation des journées d’Accueil Jeunes Chercheurs (JAJC ou JC1),
  • organisation des journées CNES Jeunes chercheurs (JC2), journées de rencontres et de présentation de leurs travaux de recherche,
  • organisation de rencontres avec les industriels sur le SIAE (Salon du Bourget).

Ce programme a pour objectif la formation par la recherche d’étudiants intéressés par les activités liées au spatial, tout en développant des recherches d’intérêt pour le secteur spatial.

Dans ce cadre, les thèses du CNES sont obligatoirement cofinancées par un partenaire (public ou privé), afin de s’assurer de l’intérêt des sujets dans cet écosystème, et afin de placer les doctorants dans un réseau propice à leurs perspectives d’emploi.

Cette formation par la recherche doit mener à l’obtention d’un doctorat en France. Elle se fait dans un cadre académique, les étudiants devant être inscrits en thèse auprès d’une école doctorale dans un organisme habilité à délivrer le diplôme de docteur.