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Avant-propos - CNRS Insu

Ont aussi participé à cet exercice de synthèse certains responsables de projets ..... L'utilisation de l'imagerie radar satellitaire a été initiée en France il y a un peu plus de ...... a toujours été un sujet d'actualité dans la communauté française de télédétection. ...... SAR : Radar à synthèse d'ouverture (Synthetic Aperture Radar)




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908200" La biosphère et les surfaces continentales  RENVOIPAGE _Toc98908200 \h 10
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 LIENHYPERTEXTE \l "_Toc98908217" Le PNTS en chiffre  RENVOIPAGE _Toc98908217 \h 10
 LIENHYPERTEXTE \l "_Toc98908218" Atelier Très haute-résolution: Orféo  RENVOIPAGE _Toc98908218 \h 10
 LIENHYPERTEXTE \l "_Toc98908219" Atelier occupations et usages des sols (LUCC-France)  RENVOIPAGE _Toc98908219 \h 10
 LIENHYPERTEXTE \l "_Toc98908220" Synthèse du questionnaire  RENVOIPAGE _Toc98908220 \h 10
 LIENHYPERTEXTE \l "_Toc98908221" APPEL A PROPOSITIONS 2005  RENVOIPAGE _Toc98908221 \h 10
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Avant-propos


Le comité scientifique du PNTS a été renouvelé pour un mandat de 4 ans fin 2001 et a commencé son exercice en 2002. Le PNTS est un programme multi-disciplinaire, en amont des programmes thématiques, soutenu par une dizaine d'organismes. Le CS est constitué de 20 membres provenant d'organismes divers (CNRS, Université, CEA, INRA, BRGM, IRD, IGN, Météo-France …) et dont les compétences thématiques et méthodologiques recouvrent un champ aussi large que possible. Au cours des quatre dernières années, la procédure d'appel d'offres a été maintenue : ouverture de fin octobre à mi décembre puis réunion du Comité Scientifique début février. Durant cette période, 92 projets ont été sélectionnés parmi les 125 reçus pour un financement à hauteur de 1100 k¬ . Les contributions des divers organismes ainsi que les statistiques financières et la répartition thématique des propositions sélectionnées durant le mandat sont données dans l'annexe 1.

Par rapport au mandat précédent, et pour tenir compte des recommandations de l'audit effectué en 2001, le programme s'est attaché à couvrir spécifiquement les aspects méthodologiques (physique de la mesure, traitement d'images, & ), et donc à renforcer plus profondément son identité. Le rôle fédérateur du programme a aussi été renforcé en instituant des ateliers annuels regroupant une centaine de personnes sur un sujet ciblé lié à la télédétection. Le premier portait sur l'utilisation de la très haute résolution, dans le cadre du programme ORFEO. La thématique occupations et usages des sols ("Land Use and Cover Change", LUCC-France) a fait l'objet d'un deuxième atelier qui a permis de rassembler des chercheurs issus du milieu de la télédétection et des sciences humaines, l'un des secteurs que nous avions décidé de renforcer durant ce mandat. Les synthèses des ces deux ateliers sont données en annexes 2 et 3. Un troisième atelier est prévu en juin 2005

Suite à une réflexion sur le rôle des programmes nationaux dans le paysage national, initiée par la CSOA et conduite par Gilles Bergametti, le comité scientifique a été amené à réfléchir au positionnement du PNTS vis-à-vis des autres programmes gérés par l'INSU et à sa capacité à répondre aux attentes de la communauté scientifique. Il ressort que le PNTS se positionne naturellement dans le paysage des autres programmes nationaux avec un rôle fédérateur autour d'un outil permettant la réalisation de projets. En revanche, certaines recommandations issues de cette réflexion sont appelées à être développées lors du prochain mandat, à savoir le rôle de diffusion de l'information (sur les développements actuels, les nouvelles méthodologies, ou les nouvelles potentialités des capteurs en vol …) qui reste faible au PNTS et le rôle du Comité Inter-Organisme qui devrait être renforcé pour mieux répondre à la demande de recherche des différents organismes et pour aider à la coordination des moyens de ces organismes.

Le PNTS se situe en amont des programmes thématiques et assure l'interface entre ces programmes nationaux et le TOSCA. Certains membres du CS du PNTS appartiennent au CS d'autres programmes (PATOM et PNRH-ECCO) ou à l'un des quatre sous-groupes du TOSCA. L'articulation entre le PNTS et les autres programmes est clairement définies et ne pose pas de problème particulier. A l'inverse, les différentes communautés scientifiques sont parfois confrontées à des hésitations sur le choix entre le TOSCA et le PNTS comme programme adapté à l'accompagnement de leurs projets, conduisant à des fluctuations de certaines propositions entre les deux programmes (la communauté "Jason", par exemple). Il n'est pas sûr que ces fluctuations ainsi que la disparité entre les montants distribués dans chacune de ces programmes soient profitables à la communauté scientifique. Un effort de concertation et de lisibilité doit être mené afin de clarifier le mode de fonctionnement, les périmètres et les missions des programmes de l'INSU (et de ses partenaires) et de ceux du CNES.

Pour initier l'exercice de bilan et de prospective, un questionnaire a été envoyé aux proposants des projets retenus durant les quatre ans du mandat (décalé d'un an puisque le dernier exercice n'était pas encore clos) afin de s'appuyer sur leurs expertises en termes de bilan ou de prospective et de connaître leurs opinions sur ce programme. Les questions posées portaient sur leur propre bilan, sur les difficultés potentielles rencontrées, sur ce qui leur semblait devoir être développé en matière de méthodologie et enfin sur leur avis général sur ce programme. Sur les 73 proposants correspondant aux 100 projets (2001-2004) retenus, 32 ont répondus. Les réponses ont servi à synthétiser le bilan et la prospective mais aussi à mieux comprendre les difficultés rencontrées et à cerner la place du PNTS dans la communauté "télédétection". L'ensemble de ces réponses est synthétisé en annexe 4.


Le bilan et la prospective sont présentés avec deux entrées, l'une par capteur ou méthodologie, l'autre par thème scientifique, conformément aux remarques de l'audit 2001. Nous tenterons de laisser quelques recommandations au prochain comité scientifique.
1. Introduction


L'observation satellite est de nos jours indispensable à tous les champs de recherche ayant trait à la connaissance de la terre, de son atmosphère, de son climat, de ses océans, et de sa biosphère. Elle permet une surveillance globale et constante de toutes les composantes de la Terre et offre des données de plus en plus nombreuses, pertinentes et de qualité sur une large gamme d'échelles spatio-temporelles. Cependant, l'observation satellite ne peut pas être exploitée directement sans travaux préalables à caractère méthodologique.

Le PNTS a pour vocation de soutenir ces développements méthodologiques à caractère exploratoire, qu'ils soient un préalable à la généralisation de l'utilisation des observations spatiales ou une réflexion sur l'extension du champ d'application de la télédétection à des domaines encore inexplorés. Ces développements peuvent se placer avant la définition de nouvelles missions spatiales. Ils interviennent surtout pour préparer une exploitation optimale des nouvelles caractéristiques des capteurs satellitaires. Le programme se situe donc clairement en amont des programmes thématiques et concerne les disciplines scientifiques qui relèvent de l’étude des surfaces continentales, de la physique et la biogéochimie océaniques, de l’atmosphère, de la terre solide, de la cryosphère, et de recherches relevant des sciences de la société.

L'appel d'offre du programme, dont la version 2005 est donnée en annexe (Annexe 5) est donc focalisé autour de deux grands axes : la physique de la mesure et le traitement du signal. Le premier axe concerne la compréhension et la modélisation du signal, incluant les approches nouvelles, physiques, mathématiques ou algorithmiques d'extraction de l'information à partir d’un ou de plusieurs capteurs, ainsi que les travaux de validation associés. Le second axe inclut la définition de méthodes d’étalonnage des instruments, de corrections d’effets perturbateurs, d’inter-étalonnage de différents capteurs pour l’analyse de longues séries temporelles.
De part sa position transversale, le rôle du PNTS est aussi d'encourager les échanges et transferts d’expérience entre communautés impliquées dans des recherches sur les différents compartiments du système terrestre, ainsi que les collaborations interdisciplinaires autour de méthodologies ou de capteurs communs. Durant ce mandat, le programme a essayé de renforcer ce rôle fédérateur, en organisant des ateliers permettant à la communauté scientifique de faire le point et d'échanger des expériences sur des thèmes particuliers à la croisée de plusieurs disciplines.
Dans ce contexte, le comité scientifique a eu à examiner 125 propositions durant son mandat et a apporté son soutien à un certain nombre de projets utilisant des données acquises dans le domaine optique, du visible à l'infrarouge thermique en incluant les lidars, ou le domaine des hyperfréquences, des plus hautes fréquences (vers 90 GHz) aux plus basses (bande P, 400 MHz). Le comité a soutenu les projets liés aux missions qui constituent un enjeu national ou à celles développées en coopérations internationales comme les missions Earth Explorer de l'ESA ou Earth System Science Pathfinder de la NASA. Le programme a aussi soutenu des projets liés aux missions d'autres agences spatiales sur lesquels les équipes françaises étaient en position d'amener une expérience utile dans une recherche en collaboration.

Le comité scientifique a sélectionné des projets portant sur l'exploitation des données pour les missions déjà en vol au début du mandat (Polder, Spot, Vegetation, ERS …), la validation ou l'étude exploratoire pour les missions lancées au cours du mandat (SPOT5, Parasol, Grace, les différents capteurs d'Envisat : Meris, l'altimètre et l'ASAR…) et la préparation des missions programmées à la fin du mandat et au delà (CALIPSO, IASI, SMOS, ADM-AEOLUS…), et ce en cohérence avec les opportunités de l'appel à proposition (cf Annexe 5).

Le bilan de ces quatre années de mandat sera présenté dans un premier temps sous l'angle des thématiques (biosphère et surfaces continentales, terre solide, océanographie physique ou biologique, atmosphère, et sciences humaines) puis sous l'angle des capteurs (actif imageur ou non, optique, radiométrie passive, GPS ou gravimétrie) et de différentes familles de méthodologie (fusion de données, assimilation). Pour chaque point de vue, le comité scientifique proposera des orientations qui lui semble nécessaires ou souhaitables. Ont aussi participé à cet exercice de synthèse certains responsables de projets sélectionné qui ont pris le plus grand soin à remplir le questionnaire, et que nous remercions.

Les actions spécifiques ayant fait l'objet d'ateliers, le bilan budgétaire du mandat ainsi que les réponses du questionnaire sont synthétisés dans les annexes.

Le PNTS ne voyant qu’une partie des développements méthodologiques en télédétection réalisés au plan National, le bilan présenté ici repose uniquement sur les projets qu'il a financés. Il ne s’agit donc pas d’un bilan exhaustif des recherches dans ces domaines. Ne figurent en particulier pas ici les travaux, même méthodologiques, ayant trait à la chimie atmosphérique, lesquels relèvent du PNCA. Par ailleurs, le bilan repose sur les retours obtenus par le comité scientifique soit à travers les réponses au questionnaire, soit à travers les quelques fiches "bilan" reçus. Il existe probablement de bons résultats scientifiques obtenus grâce à des financements PNTS qui ne figurent pas ici, par manque de retour des proposants.

Enfin, ce qui s’appelle ici prospective se limite à ce que le PNTS aimerait, ou pourrait financer dans les années à venir, même si nous nous sommes placés dans le cadre le plus large possible.

2. Bilan et prospective, sous l'angle des thématiques

La biosphère et les surfaces continentales

Face aux besoins d’observations spatialisées et fréquentes nécessaires à la gestion de l’espace et à l’évaluation de l’impact des changements globaux, les techniques de télédétection spatiale constituent un outil privilégié, puisque les surfaces continentales sont caractérisées par une forte hétérogénéité spatiale et par des évolutions à plusieurs échelles temporelles (de l’évènement météorologique aux changements d’occupation des sols, en passant par l’évolution saisonnière de la végétation).

Toutefois, les techniques de télédétection ne fournissent généralement pas directement d’informations sur les variables d’état des processus d’intérêt, ce qui implique le développement d’algorithmes permettant l’estimation de ces variables bio-géophysiques à partir des données spatiales (méthodes inverses). De plus, les techniques de télédétection ne permettent en général de renseigner que quelques uneS des ces variables de surface, selon le domaine spectral utilisé, ce qui conduit de plus en plus la communauté à chercher à utiliser des combinaisons de capteurs (informations multi-spectrales). Enfin, les informations fournies par la télédétection ne sont généralement accessibles que de manière discontinue, ce qui implique le couplage de ces données avec des modèles décrivant les processus de surface (assimilation).

C’est très vraisemblablement à cause de ce fort besoin en développement de méthodes d’interprétation des données de télédétection que le changement de statut de la thématique « biosphère continentale » dans l’AO du PNTS ne s’est pas accompagné d’une diminution sensible du nombre de propositions de cette thématique, ces propositions conservant un caractère méthodologique très marqué. Le PNTS a ainsi soutenu 38 propositions sur les quatre ans de son mandat, soit un nombre annuel de propositions semblable à celui du précédent mandat.


demandes PNTSdemandes "biosphère"Demandes "biosphère" financéesFinancement "biosphère" (k¬ )200237129162 (1)2003291411118 (1)20043213111212005289797Total1264838498
incluant le financement de la campagne AMMA en 2002 et 2003 : 49 k¬ pour la coordination générale et la coordination des acquisitions d images et 49 k¬ pour les propositions de recherches.


La répartition des propositions selon les objets étudiés est la suivante (certaines propositions concernant plusieurs objets) forêt : 6, végétation basse : 22, sols : 8 (dont rugosité : 4), hydrologie : 10 (dont fleuves et lacs : 2), occupation du sol : 5. Il convient de noter que bien qu‘elles fassent intervenir des équipes appartenant à la communauté « biosphère continentale », les propositions concernant la climatologie urbaine ont été classées, avec celles concernant la végétation urbaine, dans la partie « sciences humaines » ; ces propositions étaient classées dans la partie « biosphère » lors du précédent colloque de bilan et prospective du PNTS.

Si le domaine solaire (du visible à l’IR moyen) reste le domaine de prédilection pour l’observation de la biosphère continentale avec 31 propositions, 14 propositions utilisent le domaine des hyperfréquences actives (radar), 6 propositions utilisent l’IR thermique, 4 propositions utilisent les radiomètres hyperfréquences, 3 propositions utilisent des altimètres et 2 des GPR.

Une des évolutions notables du PNTS est qu’une majorité des propositions (21) font appel à la combinaison de domaines spectraux différents pour caractériser les surfaces terrestres : 12 exploitent la complémentarité solaire-SAR, 6 exploitent la complémentarité solaire-IR thermique (dont 2 la combinaison solaire – IR thermique – micro-ondes passives). Ceci peut être interprété comme une manifestation de la maturité des méthodes développées dans chacun de ces domaines spectraux, en grande partie grâce au PNTS pour ce qui concerne la communauté française.

La haute résolution spatiale, très peu abordée lors du précédent mandat du PNTS, est désormais un domaine de recherches à part entière, avec 7 propositions, dont la moitié sont consacrées au développement de méthodologies spécifiques à ces résolutions spatiales.

Du point de vue des méthodologies mises en œuvre, on peut là aussi noter une évolution sensible :

si sept des propositions sont explicitement consacrées à la modélisation des interactions entre ondes et surfaces observées (donc à une modélisation directe), la plupart de ces travaux s’inscrivent dans une logique de caractérisation des surfaces (et donc à terme d'inversion) et seules deux d’entre-elles sont exclusivement consacrées à la modélisation directe ;

la moitié des propositions (19) sont consacrées, au moins pour partie, au développement ou à l’amélioration de méthodes inverses, permettant l’estimation de caractéristiques des surfaces continentales ; l’ensemble des domaines spectraux (du visible aux hyperfréquences) sont abordés, mais on peut noter la quasi absence de propositions concernant la modélisation de la rétrodiffusion radar par les couverts végétaux.

près d’un quart (8) des propositions visent au couplage des données de télédétection avec des modèles décrivant les processus (assimilation) : modèles simulant la croissance et le développement de la végétation, modèles simulant les échanges de masse et d’énergie entre sol, végétation et atmosphère, modèles hydrologiques.

un nombre tout aussi significatif de propositions (7) font appel ou visent à développer des techniques de traitement d’images (ou du signal), que ce soit à haute résolution spatiale ou pour aborder l’échelle régionale ;

si la problématique des changements d’échelle reste encore trop peu abordée, 2 propositions visent explicitement à explorer les techniques d’agrégation-désagrégation ;


Les capteurs utilisés sont majoritairement des capteurs spatiaux (26 propositions), mais un gros tiers de propositions (14) font appel à des capteurs aéroportés, que ce soit pour disposer de capteurs n’existant pas encore sur plates-formes spatiales ou pour mieux contrôler la disponibilité effective des données, qui reste une source de difficultés signalée par plusieurs réponses au questionnaire. Un quart des propositions (9) font appel à des supports reliés au sol (portique, grue, tour, ballon captif) essentiellement dans le cadre d’expérimentations sur sites contrôlés.

Lors du présent mandat, le PNTS n’a en apparence pas joué un rôle aussi explicitement fédérateur de la communauté « biosphère continentale » qu’il l’avait fait avec la campagne Alpilles-ReSeDA. Il faut tout de même noter qu’en plus des ateliers organisés par le PNTS et qui impliquaient une partie de cette communauté, plusieurs propositions de coordination ont été financées au cours de ce mandat (contribution des mesures spatiales à l’étude de la mousson africaine, estimation des débits des cours d’eau par mesures aéroportées et spatiales, désaggrégation et assimilation de données à faible résolution spatiale dans des modèles de fonctionnement de surface). Enfin, le nombre important de propositions associant des équipes provenant soit d’organismes différents soit de thématiques différentes, ainsi que le grand nombre de propositions faisant appel à des combinaisons de domaines spectraux sont probablement des manifestations significatives du rôle fédérateur joué par le PNTS au sein de la communauté « biosphère continentale ».

Si des résultats tout à fait intéressants ont pu être obtenus, les difficultés rencontrées et les besoins exprimés dans les réponses au questionnaire permettent de dégager plusieurs axes que le PNTS pourrait encourager et soutenir à l’avenir.

Bien que des progrès significatifs en modélisation des interactions ondes – surfaces continentales aient été réalisés ces dernières années, il subsiste un besoin d’amélioration de ces modèles directs. Ce besoin est exprimé dans tous les domaines spectraux :

dans le domaine solaire : rôle des constituants biochimiques des feuilles, modélisation de la réflectance des sols, besoin en représentation 3D de la structure de la végétation ;

dans l’IR thermique : modélisation des variations directionnelles de la température de brillance ;


dans les hyperfréquences (actives et passives) : représentation de la diffusion par les sols - que les modèles actuels représentent encore très imparfaitement - rôle de la diffusion de volume dans le cas des sols secs, modélisation de la rétrodiffusion par les couverts végétaux - très peu abordée au cours des 4 dernières années.

De même, l’interprétation des données à haute résolution spatiale nécessite encore des développements méthodologiques permettant une prise en compte spécifique de l’influence de la structure géométrique de la végétation.

Les progrès en matière de modélisation directe devraient naturellement participer à la l’amélioration des algorithmes d’estimation des caractéristiques de surface (inversion), dans chacun des domaines spectraux. L’augmentation des travaux faisant appel à la combinaison de domaines spectraux devrait conduire au développement de méthodes d’estimation utilisant de manière simultanée des données issues des différents domaines spectraux. Une autre voie possible d’amélioration des méthodes d’inversion serait d’exploiter de manière plus explicite la dimension spatiale : inversion sur des ensembles de pixels avec introduction de contraintes spatiales, prise en compte de la variabilité spatiale à haute résolution, utilisation de la désagrégation pour les résolutions moyennes.

En matière de couplage de données de télédétection avec des modèles simulant les processus de surface (assimilation), plusieurs voies d’amélioration sont possibles : couplage avec des modèles plus détaillés dans leur description de la structure de la végétation, en interaction étroite avec le modèle de fonctionnement, meilleure exploitation de la complémentarité entre domaines spectraux, augmentation du nombre de données de télédétection disponibles, notamment par la combinaison de données à basse et haute résolutions spatiales.

Pour les deux approches inversion et assimilation, l’utilisation d’approches couplées surface-atmosphère devrait aussi permettre d’améliorer la précision de l’estimation des variables de surface. Sur cette thématique, qui paraît avoir été quelque peu délaissée ces dernières années, le PNTS pourrait parfaitement jouer un rôle moteur.

La prise en compte de la dimension spatio-temporelle dans l’interprétation et l’exploitation des données de télédétection reste un thème délicat, bien qu’il paraisse avoir été plus explicitement abordé que lors des précédents mandats du PNTS. Avec la disponibilité effective d’une large gamme de résolutions spatiales accessibles par télédétection, cette thématique devrait faire l’objet d’une réflexion au sein du PNTS. Ceci est particulièrement nécessaire dans le cas de la biosphère continentale, au regard de la très grande variabilité spatiale et temporelle des propriétés bio-géophysiques des surfaces terrestres. Une meilleure prise en compte des effets d’échelle ainsi que de la dimension temporelle est susceptible de générer des progrès à plusieurs niveaux : introduction de contraintes spatiales dans les algorithmes d’inversion et d’assimilation à haute résolution spatiale, augmentation du nombre de données disponibles par la combinaison de données à haute et moyenne ou basse résolutions, développement de techniques d’agrégation/désagrégation.

Enfin, nous verrons dans la partie traitant de capteurs à très haute-résolution, l'attente de la communauté biosphère par rapport aux capacités d'observations à haute résolution et haute répétitivité de certains capteurs comme Venus (5 m de résolution, 12 bandes, prise d'images tous les deux jours).

La terre solide

La télédétection spatiale au sens large dédiée au domaine Terre Solide connaît un développement constant depuis le milieu des années 1980. La communauté Sciences de la Terre s’est montrée apte à utiliser avec succès des missions très variées telles que: SPOT, Landsat, Quick Bird et IKONOS en optique, la constellation de satellites GPS, les satellites radar ERS, JERS, RADARSAT et ENVISAT, puis plus récemment les missions de mesure du champ de gravité (CHAMP, GRACE, bientôt GOCE) et les missions de mesure du champ magnétique (OERSTED, CHAMP, SAC-C). Ces missions spatiales ont rapidement concentré l’intérêt de la communauté scientifique dans les domaines de la cartographie, de la géologie, de la tectonique, de la déformation de surface et de la géodésie. Ces applications ont permis des avancées remarquées dans la reconnaissance et la cartographie des failles actives, la compréhension des interactions entre failles aux échelles locales et régionales, les mécanismes de rupture sismique, la détermination des sources de déformation des volcans, le suivi et la compréhension du mode de propagation des glissements de terrain et des glaciers soit de montagnes, soit de calottes. En géomagnétisme et en gravimétrie, des progrès spectaculaires sur la connaissance de ces champs et de leurs sources sont en cours. Ces progrès ont été en partie favorisés grâce à la politique d'accès aux données satellitaires aussi bien optique que radar menée par le CNES et l'ESA.


Les projets déposés au PNTS au cours des 4 dernières années sont représentatifs des évolutions à la fois méthodologiques et thématiques en Terre Solide, avec notamment la montée en puissance des études sur la cryosphère et en hydrogéologie. L’émergence de ces thèmes au PNTS est principalement liée aux nouveaux satellites et capteurs comme SPOT 5, ENVISAT et GRACE, associés à des développements méthodologiques comme la corrélation des images optiques par exemple.

L’utilisation de l’imagerie radar satellitaire a été initiée en France il y a un peu plus de dix ans avec les missions ERS de l’ESA. Les applications principales ont concerné la production de Modèles Numériques de Terrain (MNT) et surtout l’observation des déformations de surface par la technique de l’interférométrie soutenue par le CNES et par le GDR STRAINSAR qui a terminé son existence fin 2004. Aujourd’hui, l’interférométrie radar (InSAR) est d’utilisation quasi-routinière. Les développements méthodologiques proposés ont concerné d’une part l’adaptation des outils existant aux nouvelles données de l’instrument ASAR d’ENVISAT. D’autre part, les projets ont porté sur le développement d’outils permettant l’utilisation multi-temporelle et multi-géométrie des données permettant un suivi plus fin dans le temps des déformations de surface, notamment en volcanologie. Ces projets concernaient la fusion des données, l’estimation quasi-automatique de la cohérence, l’utilisation conjointe de la sommation des interférogrammes et des points permanents (PP). L’autre aspect récurrent était la nécessité de tenir compte des effets atmosphériques dans les interférogrammes, ces effets étant quantifiés soit par les images de l’instrument MERIS d’ENVISAT soit par le GPS. L’objectif final recherché est une surveillance opérationnelle continue des volcans et des glissements de terrain et avec un temps différé le plus court possible.

Un autre aspect de l’utilisation des images radar est la quantification de la rugosité et de l’humidité des sols, c’est à dire la caractérisation des paramètres des conditions de surface pour des applications en géologie et en hydrogéologie.

L’imagerie radar concernée par ces différentes études utilise les bandes C et L, la bande L apparaissant la plus adaptée au suivi des phénomènes géophysiques au cours du temps du fait d’une plus grande stabilité de la cohérence. Cependant, des projets ont également porté sur la bande P notamment pour des applications cartographiques. Ces études ont été réalisées avec l’instrument aéroporté RAMSES.

L’interférométrie radar permet de mesurer la déformation de surface dans la direction de visée de l’instrument. Il faut donc reconstituer les 3 vecteurs (un vertical et deux horizontaux) de la déformation. Cela peut passer par la modélisation, directe ou par inversion et/ou par la combinaison d’autres observations telles que le GPS et la corrélation des images optiques. Ce dernier point a été abordé par plusieurs projets avec l’utilisation d’images SPOT 5.

Plusieurs propositions concernant la géologie ont porté sur le développement de méthodes multi- et hyper-spectrale. Les objectifs ont été de quantifier les potentialités et les limites de tels capteurs pour la cartographie géologique. Il faut avouer que les quelques projets présentés sur cette technique ont reçu un accueil mitigé de la part du PNTS du fait de leur manque de maturité scientifique et technique, alors que très probablement les méthodes hyperspectrales en observation satellitaire de la Terre sont appelées à se développer, dans la lignée de ce qui se fait aujourd’hui en Planétologie.

La cryosphère et l’hydro(géo)logie ne relèvent pas directement du thème Terre Solide, mais utilisent des techniques issues des études en Terre Solide en y apportant des développements complémentaires. Ces techniques sont l’imagerie radar avec un développement plus poussé sur la physique de la mesure pour des considérations portant sur la rugosité et l’humidité des sols, ainsi que sur la texture de la neige, l’interférométrie radar et la corrélation d’images optiques notamment pour le suivi des glaciers aussi bien tempérés que polaires. Cependant ces deux thèmes ajoutent à cette panoplie Terre Solide l’utilisation de la gravimétrie satellitaire grâce aux données des satellites CHAMP et GRACE. Ces deux missions, en plus d’améliorer très sensiblement la résolution du champ de gravité terrestre, permettent également un suivi temporel des variations de ce champ et donc de quantifier des transferts de masse liés aux glaces (variation d’épaisseur) et surtout à l’eau continentale.

De même, le PNTS a reçu un projet proposant de définir un nouveau satellite d’observation. Il concernait l’observation avec un radar actif des ondes de déformation générées par les séismes et les tsunamis sur la base d’observations réalisées à partir des réseaux denses GPS. Cette approche originale est maintenant déposée au TOSCA.

Demandes PNTSDemandes Terre SolideDemandes Terre Solide financéesFinancement Terre Solide2002379769.4 k¬ 2003294216.5 k¬ 2004325442.5 k¬ 2005286*324 k¬ * dont 2 hors appel d'offre


Un besoin toujours plus important se fait sentir sur le développement de méthodes de fusion de données : fusion de données multi-temporelles d’un même capteur, de données multi-configuration d’un même capteur et fusion de données multi-capteurs. Cette nécessité provient d’un besoin d’accroître la résolution et la précision et d’un besoin de suivi continu de phénomènes. Cet aspect multi-données est déjà une réalité aujourd’hui avec ENVISAT dont l’instrument ASAR acquiert des images sous différentes configurations permettant d’observer une région avec une fréquence temporelle plus élevée. Mais, de plus, ENVISAT possède plusieurs instruments pouvant produire sur la même région des données de types différents.
Ainsi les demandes concernant la multi-donnée/capteur/configuration et sa modélisation devraient continuer d’affluer au PNTS.

En ce qui concerne plus spécifiquement le radar, les développements à venir devraient continuer à concerner la physique de la mesure et la compréhension du signal radar avec la mise en œuvre de modèles de rétrodiffusion plus réalistes reproduisant toujours mieux les données SAR acquises. Notamment ces problèmes de rétrodiffusion et d’utilisation du speckle sont particulièrement sensibles si l’on passe à une résolution métrique.

En plus d’ENVISAT, l’année 2005 devrait voir arriver dans le ciel le satellite japonais ALOS et le satellite canadien RADARSAT-2. Toute venue de nouveaux satellites, implique un développement méthodologique associé. Mais ALOS, avec l’instrument PALSAR en bande L, va permettre de développer l’utilisation de la polarimétrie radar et de la polarimétrie interférométrique (PolInSAR). Il n’y a pour le moment aucun capteur prévu en bande P, sauf MIMOSA réclamé à grands cris par la communauté.

Il apparaît qu’une mission dédiée en bande L sur une grande période de temps par le lancement successif de capteurs aux caractéristiques identiques serait vraiment la bienvenue. En effet, les phénomènes géophysiques nécessitent une observation sur plusieurs années afin d’en bien saisir les évolutions et les mécanismes.

De même, la communauté s’interroge sur le devenir de la Roue Interférométrique dont les applications en Terre Solide, mais aussi en cryosphère et en hydrogéologie sont nombreuses.

En imagerie optique, les développements devraient porter sur l’imagerie Haute Résolution (HR) pour la production de MNT et des applications en déformation de surface.

En gravimétrie satellitaire, les développements méthodologiques vont se poursuivre avec la poursuite de la mission GRACE et du lancement de GOCE.

En géomagnétisme (SAC-C OERSTED et à venir SWARM) et électromagnétisme (DEMETER), nous n'avons pas eu de proposition car ces projets sont principalement examinés par le TOSCA. À l’avenir, notamment dans le développement de nouvelles approches (vols en formation) et dans l'analyse des données, il ne fait aucun doute que le PNTS sera amené à examiner des propositions en géomagnétisme et électromagnétisme.

Les capteurs hyperspectraux font la joie des planétologues pour l’étude de Mars et de la Lune. Les géologues terrestres commencent sérieusement à s’intéresser à cette technique qui devrait un jour aboutir à un capteur satellitaire en observation de la Terre. Aujourd’hui des études sont réalisées à partir de mesures aéroportées ou se limitent aux capteurs optiques satellitaires existant dit multispectraux car à nombre de canaux extrêmement limités. Il y a dans ce domaine de nombreuses applications, certes géologiques et minières, mais aussi concernant les états de surface (rugosité, compaction, …) qui devraient intéresser plusieurs domaines dont le domaine militaire.

L'océan


Six propositions liées à l’océanographie ont été retenues et financées par le PNTS. Une d’entre elles concerne une méthode d’assimilation de données satellite de la salinité de surface des océans (F. Durand), trois sont liées aux observations altimétriques (Qeffellou, Gourdeau, Le Provost), et en particulier à leur assimilation (2/3), et deux sont liées à l’interprétation des observations couleur de l’océan en milieu côtier (H. Loisel, M. Babin, M. Chami).

Les capteurs concernés sont SMOS et AQUARIUS pour la salinité, TOPEX/Poséidon et Jason pour l’altimétrie (CHAMP et GRACE également pour la définition d’un géoïde « spatial »), et enfin MERIS, POLDER et PARASOL pour la couleur de l’eau.

Pour ce qui concerne la salinité de surface des océans, il s’agit de développer une méthode d’assimilation de la salinité de surface, telle qu’elle serait fournie par les missions SMOS et AQUARIUS, afin de mieux contraindre le bilan d’eau douce des océan tropicaux (en particulier le bassin Indo-Pacifique tropical).

Pour ce qui concerne l’altimétrie, les travaux ont porté :

(1) sur l'apport des missions de gravimétrie pour la définition d'une topographie dynamique absolue des océans. Les estimations de géoïde à partir de la mission CHAMP, associées à la surface moyenne océanique déduite de l’altimétrie ont permis de calculer une topographie dynamique moyenne des océans purement satellitale (c’est à dire avec une précision indépendante de critères régionaux). La validation sur le Pacifique tropical a montré que ces premières solutions de géoïde permettaient pour la première fois de déduire de l’altimétrie la circulation géostrophique absolue. Ce travail anticipait le potentiel des missions gravimétriques suivantes comme GRACE et GOCE. La résolution et la précision de notre solution est largement comparable aux différentes solutions climatologiques déduite des observations in situ disponibles actuellement. La précision centimétrique aux échelles de l’ordre de la centaine de km de la topographie dynamique des océans devrait être atteinte prochainement.

(2) sur le développement d'une plate-forme d'analyse et d'assimilation pour l'étude des caractéristiques des missions altimétriques et des réseaux de marégraphes pour optimiser l'observation satellite. L’utilisation conjointe de statistiques à l’échelle globale, de comparaisons entre capteurs et de comparaisons avec des mesures bouées a permis de proposer des corrections pour les différents altimètres afin d’obtenir des jeux de données homogènes. Les corrections proposées pour TOPEX et ERS-2 ont été validées indépendamment par comparaison à des mesures sur des sites d’exploitations pétrolières grand fond et à des sorties de modèles hindcast, dans l’ouest de l’Afrique.

Dans les deux points mentionnés ci-dessus, il s'agit d'améliorer l'observation et la modélisation de la circulation océanique. Des travaux ont aussi porté sur la restitution des vagues et du vent par altimétrie, travaux reliés aux études sur l'interface océan-atmosphère.

Pour ce qui concerne la biologie marine et la couleur de l’océan en milieu côtier (aucun projet sur les eaux du large), les avancées ont porté

(1) sur  une meilleure utilisation des observations directionnelles et en polarisation, en particulier pour discriminer les particules minérales du phytoplancton (projet de H. Loisel, LISE Wimereux). Sur ces points, il semble que des écarts très importants sont observés entre les mesures et les prédictions des modèles de la BRDF de l’océan. Ceci n’a pas permis pas de valider la démarche de comparaison et, dans le doute, la précision de l'étalonnage basse-fréquence de POLDER-1 fût invoquée. De plus larges comparaisons avec des points de mesures in situ seront nécessaires pour lever le doute et discriminer les aspects étalonnage absolu et étalonnage basse-fréquence. Sur la polarisation, les avancées sont faibles, et se limitent pour l’instant à l’analyse de résultats de calculs de transfert radiatif. L’extraction d’information à partir des observations polarisées POLDER et PARASOL reste donc à démontrer.

(2) sur l’amélioration des corrections atmosphériques par une meilleure connaissance des propriétés optiques des particules marines et des aérosols (projet de M. Babin, LOV, Villefranche). Il s’agit dans ce cas d’améliorer d’une part la connaissance des aérosols côtiers par inversion des mesures réalisées par le réseau AERONET, et, d’autre part, les propriétés optiques des particules marines dans le proche infrarouge, ainsi que l’absorption dans ce domaine.

En dépit des avancées réalisées, on notera la faible représentation de l’océanographie dans les projets finalement sélectionnés par le PNTS, l’absence de projets multi-capteurs, l’orientation uniquement côtière des projets concernant la couleur de l’eau, l’absence de l’hyperspectral.

La prospective établie à la fin du précédent mandat du PNTS (1998-2001) suggérait que des études devaient être réalisées dans les domaines suivants : approches multi-capteurs, amélioration des modèles physiques, et constitution de séries temporelles sur le long terme. Ces trois thèmes étaient présents dans la section océanographie physique et dans la section océanographie biologique et biogéochimie. Plus spécifiquement, la conjonction altimétrie-gravimétrie était mise en avant pour l’océanographie physique, et l’exploitation des capacités des nouveaux capteurs pour la section océanographie biologique et biogéochimie.

Il semble que la période 2002-2005 a été en partie une période charnière. En effet, plusieurs satellites (ENVISAT, TERRA, AQUA, ADEOS-II) portant de nombreux capteurs (MERIS, POLDER-II, MODIS, …) étaient attendus depuis de nombreuses années et ont été lancés. La communauté impliquée dans les développements algorithmiques avait fourni un effort conséquent pour la préparation de ces missions, et elle s’est plutôt tournée vers l’utilisation des nouvelles données lors des quelques années passées (à noter : dans le domaine couleur de l’océan, la « communauté algorithmique » est également utilisatrice des données). Ceci est sans doute une des raisons de la faible représentation de l’océanographie dans les projets financés par le PNTS. Une nouvelle vague de développement méthodologique pourrait donc apparaître bientôt, quand l’utilisation de ces nouvelles données posera des problèmes méthodologiques nouveaux.

Les domaines qui n’ont pas ou peu été pris en compte, et qui pourraient donc être mentionnés spécifiquement dans les prochains appels d’offre sont donc :

(1) les approches multi-capteurs (fusion de données contemporaines, d’une part, et génération de longues séries temporelles pour des études climatiques, d’autre part). Pour la fusion de données, il faudra encourager les proposants à aller au delà des méthodes consistant à simplement « mêler » des paramètres géophysiques de niveau 2 (chlorophylle par exemple) venant de différentes missions, pour essayer de réaliser la fusion si possible au niveau radiométrique, ce qui soulève des problèmes liés à l’inter-étalonnage. On peut donc se demander si le PNTS ne devrait pas financer les études proposant de définir ou d’améliorer les méthodes d’(inter)étalonnage (le TOSCA ne finançant que leur mise en œuvre une fois les missions spatiales lancées).

(2) l’étude du potentiel des données hyperspectrales (il n’y a cependant pas de capteur satellite pour l’instant).

(3) les problèmes des eaux côtières, loin d’être résolus ; il s’agit ici principalement d’inciter à améliorer les modèles physiques d’interaction rayonnement-milieu.

(4) L’exploitation des visées directionnelles et de la polarisation, ainsi que du signal de fluorescence de la chlorophylle, reste également très partielle (ce point étant particulièrement important pour les eaux côtières).

(5) L’assimilation des données couleur de l’océan dans les modèles biogéochimiques demande encore un gros effort méthodologique qui n’a pas été abordé dans les projets vus par le PNTS.

L'atmosphère

Au cours des quatre dernières sessions du PNTS (2002-2005), dix neuf propositions liées directement au thème “atmosphère” ont été financées. Concernant ce thème, les deux activités dominantes concernent les aérosols (développement algorithmique et instrumentaux, validation, assimilation) et la vapeur d’eau atmosphérique (physique de la mesure GPS, développements algorithmiques). Le PNTS a aussi financé des propositions concernant la préparation de futures instrumentations spatiales telle que CALIOP (nuages, aérosols et mesures du vent) et IASI (observations des panaches volcaniques). La station sol du SIRTA a joué un rôle fédérateur puisqu’elle a permis d’aborder les grands thèmes (aérosols, nuages et vapeur d’eau) à partir d’une instrumentation complémentaire (Lidar, Radar et radiomètrie passive) à des fins de développement méthodologique et de validation de paramètres issus d’observation satellitales.
Pour ce qui est des laboratoires financés, dix laboratoires différents se sont adressés au PNTS, traduisant une grande diversité des propositions même si le LOA (5) et le LMD (5) réunissent à eux deux plus de la moitié des études financées.

L’effort important déjà consenti pour l’étude des aérosols lors de la session PNTS précédente s’est poursuivi ces quatre dernières années. Dans ce domaine, les études ont permis d’affiner les résultats acquis à partir du radiomètre POLDER, grâce à une amélioration du transfert radiatif dans l’atmosphère, ainsi que l’optimisation du nombre et du type de modèles d’aérosols servant aux modélisations. En particulier, la nécessité d’adjoindre aux particules sphériques un modèle moyen de particules non sphériques pour améliorer la restitution des signatures directionnelles de POLDER a été démontrée.

Pour ce qui est de l’estimation du contenu en vapeur d’eau dans l’atmosphère, un large soutien a été accordé au développement des mesures par GPS (méthodologie, validation, campagnes de mesures). Ces travaux ont démontré les capacités de la technique GPS pour fournir des observations de vapeur d’eau intégrée avec une précision comparable aux autres techniques (radiomètres micro-ondes, radiosondages), avec l’avantage de fonctionner par tout temps et de fournir une observation avec une haute résolution temporelle (1/4h à 1h). L’assimilation de ces données dans le futur modèle opérationnel de Météo-France est en cours de développement. La technique de tomographie GPS a été validée avec succès sur la campagne ESCOMPTE. Elle a permis de valider des simulations MésoNH et d’étudier les interactions brise-Mistral. Elle est actuellement utilisée pour une étude de cas d’initiation de la convection pendant IHOP. Une première étude réalisée à partir des données GPS disponibles en Afrique a montré que des performances similaires sont obtenues en Afrique. Tous ces travaux débouchent sur l’application de la technique en Afrique de l’Ouest dans le cadre du projet AMMA. Un projet de réseau de 6 stations GPS a obtenu le soutien du comité de coordination de la mousson africaine (CCMA). Ce réseau constituera le noyau dur, avec le réseau de radiosondages, de la composante atmosphère du système d’observation du cycle de l’eau dans la mousson africaine.

On peut s’étonner qu’une seule proposition directement liée à l’étude des nuages ait été soutenue par le PNTS depuis ces quatre dernières années. Elle traduit l’évolution pour l’étude des nuages d’une télédétection associant différents types de capteur (POLDER et MODIS dans ce cas). En effet, cette étude préparatoire a permis d’avancer dans la compréhension des limites des instruments disponibles actuellement. Les méthodes et outils développés servent de base à de nombreuses études concernant la restitution de nouveaux paramètres nuageux basée sur l’exploitation couplée des mesures multispectrales à haute résolution spatiale et de mesures multiangulaires polarimètriques. La mise en orbite dès cette année d’une nouvelle instrumentation (voir prospective) devrait voir revenir au PNTS de nombreuses propositions ciblant l’étude des nuages.

Au cours des quelques années à venir, on doit s’attendre à une petite révolution dans l’étude de l’atmosphère à partir des observations spatiales. En effet, plusieurs capteurs très novateurs seront lancés prochainement. Même si le transfert radiatif associé aux mesures attendues est bien compris, et que de nombreux développements méthodologiques ont déjà été accomplis soit sur des précurseurs de ces capteurs, soit sur des mesures aéroportées, il est probable que l’arrivée des nouvelles mesures donnera lieu à des études originales et donc des propositions au PNTS.

Dés 2005, on attend le lancement de Calipso et Cloudsat qui emportent des instruments actifs (lidar et radar) pour l’étude des nuages et des aérosols. Calipso emporte de plus un imageur InfraRouge pour l’analyse de la microphysique des nuages de glace. Cette mission est une collaboration CNES-NASA ce qui implique une forte implication française dans l’équipe scientifique et un accès relativement privilégié aux mesures, même si cet accès est pratiquement sans restriction comme pour les autres missions US. Les travaux de préparation à ces missions ont, bien entendu, largement débuté mais il est probable que l’exploitation et l’analyse des résultats conduiront à des recherches qui rentreront dans le cadre du PNTS.

Les quelques mesures acquises par un lidar dans l’espace (LITE sur la navette, et GLAS sur le satellite ICESAT qui a fonctionné quelques semaines) ont montré l’apport d’une telle mesure pour les études de l’atmosphère. Un instrument actif permet la détection de nuages qui sont pratiquement invisibles à l’observation passive. L’apport principal reste bien sur la description suivant la verticale des couches diffusantes de l’atmosphère (nuages et aérosols). La connaissance des distributions verticales est actuellement l’obstacle principal à la quantification des impacts radiatifs des nuages et aérosols, et surtout à l’analyse de leurs interactions. On attend donc beaucoup de ces mesures.

Calipso et Cloudsat feront partie de l’A-Train, une série de satellites qui voleront en formation serrée (à quelques minutes d’intervalle). Un autre membre de ce “train de l’espace” est Parasol, un successeur de POLDER, pour lequel les développements méthodologiques ont largement reçu le soutien du PNTS. Cependant, on s’attend à de tels développements pour la synergie des mesures Parasol avec les autres instruments de l’A-Train.

Le vaisseau-amiral de l’A train est le satellite Aqua qui emporte plusieurs instruments qui permettent des études de l’atmosphère. Cependant, puisqu’il est en vol depuis plusieurs années, nous n’en parlerons pas plus ici.

Enfin, le satellite NASA Aura, dédié à l’étude de la chimie de l’atmosphère, sera aussi lancé prochainement. Ce satellite emporte plusieurs capteurs qui permettent de mesurer la composition atmosphérique, aussi bien dans la troposphère que dans la stratosphère. L’exploitation de ces mesures peut donner lieu à de nouveaux développements méthodologiques bien que l’expérience montre que la communauté “chimie” fait assez peu appel au PNTS, mais plutôt au PNCA.

Coté Européen, on attend les lancements de la mission ADM-AEOLUS et de la plateforme MetOp dont la vocation première est la météorologie opérationnelle mais pour lequel plusieurs programmes de recherche sont aussi prévus. En particulier, la très haute résolution spectrale du radiomètre IASI sera utilisée pour étudier la composition chimique de l’atmosphère. Une crainte de la communauté scientifique est l’accès aux données. En effet, les expériences récentes avec ERS et Envisat ont montré de fortes déficiences de l’ESA sur la distribution des données, aussi bien sur les formats que sur les procédures d’accès.

Par ailleurs, on anticipe le développement de méthodes d’analyses multi capteurs au cours des prochaines années. L’observation multi-longueur d’onde peut, en principe permettre d’estimer des paramètres atmosphériques qui ne sont pas accessibles à partir d’un seul capteur. Par exemple, un lidar peut observer les nuages fins ainsi que le sommet des nuages denses, mais ne peut pas analyser la structure interne de ces derniers. À l’inverse, un radar nuage n’est pas sensible aux nuages fins tels que les Cirrus mais n’a pas de difficulté à sonder les nuages les plus épais. Ainsi, une description complète de structures verticales nuageuses passe par une combinaison des mesures des deux types de capteurs. Une telle synergie sera possible à travers l’Aqua Train. Un autre exemple est la combinaison apportée par la très grande résolution temporelle des satellites géostationnaires tels que Meteosat (15 minutes) avec une description détaillée de la scène observée par un instrument tel que Parasol.

On s’attend à une certaine structuration de la communauté télédétection de l’atmosphère via le centre thématique ICARE. Ce pôle implanté à Lille avec le soutien du CNES, de la région Nord, du CNRS/INSU et de l’Université des Sciences et Techniques de Lille, va aider la communauté scientifique à accéder aux données nécessaires à ses travaux, et va permettre le traitement de longues séries temporelles à partir des méthodes développées. Ainsi, on espère un passage plus facile et même naturel entre les développements méthodologiques financés par le PNTS et le développement de produits géophysiques à partir de données spatiales trop volumineuses pour être traitées dans les laboratoires.


Sociétés et environnements

Le rapport prospectif de 2001 avait souligné le faible nombre de projets proposés et soutenus par le PNTS ayant une composante thématique humaine et sociale (3 projets financés sur la période 1998-2001), et par conséquent la faible implication des équipes relevant des Sciences Humaines et Sociales (SHS) dans le PNTS au cours du précédent contrat quadriennal. Pour la période 2002-2005 le bilan est plus positif avec 9 projets financés (sur un total de 125 projets PNTS) et l’organisation d’un Atelier sur l'occupations et l'usages des sols « LUCC-France » (24-25 Juin 2004, Meudon, voir annexe 3) qui soutient ce processus de dynamisation.

Au cours de la période 2002-2005, le PNTS a donc soutenu 9 projets relevant plus ou moins explicitement des SHS (voir liste ci-dessous). La majeure partie de ces projets sont dédiés au milieu urbain : six d’entre eux portent sur la télédétection urbaine environnementale, un sur l’extraction de surfaces bâties. Les deux autres concernent la fusion de données multi-échelles pour la détection de changements de l’occupation des sols dans des milieux très anthropisés.

Les six projets traitant de télédétection environnementale correspondent en fait à deux programmes : le programme REClUS qui vise à étudier le rayonnement et le bilan d’énergie en climatologie urbaine sur la ville de Strasbourg et le programme de grande ampleur « Télédétection Urbaine Environnementale (TUE) » dont l'objectif général est le développement de méthodes d’utilisation des données satellitaires pour l’étude et la simulation de l’atmosphère urbaine soit pour l'analyse des processus de météorologie, climatologie et pollution urbaines, soit pour l'assimilation des données dans les modèles de simulation numérique ou de prévision. Ce programme s’appuie sur les campagnes CLU-ESCOMPTE et CAPITOUL, respectivement effectuées sur Marseille et Toulouse.

Durant ces quatre années, le PNTS a donc soutenu essentiellement des développements méthodologiques à caractère exploratoire en climatologie urbaine. Ces projets relèvent de fait essentiellement des sciences physiques, la composante humaine et sociale de ces projets étant représentée à travers le support physique des recherches, en l’occurrence le tissu urbain. En outre, on note un manque de demandes relatives à des domaines dans lesquels la composante anthropique joue un rôle important. Ainsi, seules deux propositions ont concerné le domaine des changements d’occupation et d’utilisation des sols pour lequel le facteur anthropique est quasi-systématiquement pris en considération alors que de nombreux développements méthodologiques sont à entreprendre afin de détecter et de modéliser les changements liés aux activités humaines à partir d’images de télédétection.

Afin d’élargir les thèmes des demandes de financement de projets relevant des SHS, le PNTS a entrepris quelques actions. Ainsi, il a inscrit la thématique LUCC parmi les axes prioritaires dans son Appel d Offres depuis 2003 et a organisé un atelier «PNTS/LUCC » en juin 2004.


Liste des travaux relevant des SHS financés par le PNTS :
2002 : 3 projets : P. Mestayer (17K¬ ) TU, Le Hégarat-Mascle (10K¬ ), G. Najjar (10K¬ ) TU
2003 : 2 projets : C. Weber (8 K¬ ) et G. Najjar (10K¬ )
2004 : 3 projets : P. Mestayer (40 K¬ ), L. Hubert-Moy (6K¬ ), M. Roux (10K¬ )
2005 : 1 projet : P. Mestayer (30 K¬ )


Tout d abord force est de constater qu’au regard de l’énorme potentiel des applications et usages de la télédétection spatiale à des problématiques sociétales et environnementales majeures, l’implication – au niveau national – des scientifiques des SHS reste très marginale (au moins au niveau du PNTS). Ce constat est d’autant plus préoccupant 1- qu’il ne s’inscrit pas dans des logiques équivalentes « extra-nationales » ; 2- que les sollicitations et demandes, sociétales et politiques existent et sont déjà structurées notamment au niveau européen (programme GMES).

La faible progression, au cours de la période 2002-2005, de l’implication des chercheurs relevant des SHS dans les développements méthodologiques soutenus par le PNTS, ne fait que renforcer notre conscience de l’ampleur des chantiers à engager. En particulier, les ateliers organisés par le PNTS et notamment l’atelier « PNTS/LUCC » ont montré qu’il est nécessaire de fédérer une communauté de chercheurs relevant des STIC et des SHS autour de la question des changements d’occupation et d’utilisation des sols ou de la très haute résolution spatiale. En parallèle, le PNTS doit encourager les projets intégrant une composante SHS et qui proposent l’exploitation des nouvelles caractéristiques des instruments récents ou futurs comme les capteurs du système ORFEO. La multiplication récente de capteurs a considérablement accru les capacités d'observation de la Terre tant par l'accessibilité aux données spatiales que par les performances des instruments. L’arrivée de ces nouveaux capteurs a rendu impératifs des développements méthodologiques et techniques concernant notamment la haute résolution spatiale, les séries multitemporelles et pluri-échelles d’images. La caractérisation fine de milieux urbains ou péri-urbains, déjà engagée dans le cadre de programmes soutenus par le PNTS pourra ainsi progresser. De plus, quelques-unes des thématiques socio-environnementales pour lesquelles l’apport du spatial est d’ores et déjà reconnu (mais ne fait pas encore l’objet de propositions dans le cadre du PNTS) requiert de nombreux développements, alliant recherches fondamentales et applications plus orientées vers des systèmes opérationnels de surveillance, prévention et gestion.

Gestion des Ressources Naturelles :

La gestion de la première des « ressources » - l’espace terrestre et maritime - pose des problèmes réglementaires et sécuritaires dont la résolution ne peut que s’appuyer sur l’observation satellitaire, de la basse à la très haute résolution.

En milieu terrestre, la co-évolution de l’environnement et des systèmes d’exploitation des ressources se traduit notamment par les modifications – lentes ou brusques, focalisées ou diffuses – d’occupation et d’usage des sols. A nouveau les produits dérivés des instruments spatiaux (positionnements précis, imagerie, etc.) fournissent le fondement des études de ces dynamiques, des échelles locale à régionale et continentale.
L’autre ressource majeure pour les décennies à venir est l’eau : celle des hydrologues, mais aussi l’eau-ressource : celle des fleuves transfrontaliers, des barrages, des systèmes d’irrigation… Divers instruments de télédétection sont déjà ou seront utilisés pour étudier le cycle de l’eau. Cependant d’importants efforts devraient être rapidement consentis pour étudier les dynamiques socio-économiques et politiques tissées autour de l’eau-ressource dont les enjeux stratégiques s’affirment d’année en année.

La télédétection satellitaire apporte aussi des informations relativement denses et fréquentes sur l’état de nombre d’autres ressources et services environnementaux (forêts, pâturages, exploitations agricoles, feux, écosystèmes, etc .) ainsi que sur l’empreinte de l’activité humaine associée.


Gestion des Risques :

Sous ce terme apparaît la gestion des évènements extrêmes, mais aussi l’analyse des risques (évaluation de cartes de risques, scenarii, etc.) et la mise en œuvre d’outils de prévention. Le tsunami en Asie du Sud a cruellement montré le besoin de systèmes de prévention/alerte basés sur une synergie de technologies dont la télédétection spatiale (et les télécommunications par satellite : des capteurs – spatiaux et in situ – aux centres de traitement puis relais aux divers niveaux de l’organisation de la sécurité civile).

L’observation, le suivi des milieux et l’évaluation des évènements par diverses techniques spatiales concernent des risques naturels majeurs parmi lesquels :
les risques sismiques ;
les éruptions ;
les inondations ;
les cyclones ;
les ondes de tempêtes et tsunamis ;
et d’autres évènements extrêmes (pluies et neiges intenses, etc.) ;
risques industriels (subsidences minières, etc.) ;
pollutions terrestres, marines et atmosphériques

L’état sanitaire de nombreuses populations ainsi que leur sécurité alimentaire est tributaire des variabilités environnementales (pollutions) et des écosystèmes (zones humides par ex.) à la surveillance desquelles le spatial peut fortement contribuer.

Il est urgent de comprendre que la mesure des phénomènes et leur modélisation (relevant plutôt des domaines des « sciences dures ») ne suffit pas à gérer un risque : l’impact humain, social, économique et environnemental d’un événement extrême dépend étroitement de nombreux facteurs tels que le développement économique, l’existence d’une « culture » du risque, l’organisation des services de prévention et secours adéquats, la mise en œuvre d’une volonté politique concrète, etc . Ainsi l’usage coordonné des informations dérivées de divers capteurs embarqués permet-il parfois la prévention et le suivi des aléas d’une part (par ex. liés aux dynamiques météorologiques, océaniques, des eaux continentales ou des sols, etc.) et d’autre part l’évaluation de la vulnérabilité attachée aux activités humaines (infrastructures, occupation des sols, etc.) ou écologiques – les deux dimensions qui conjuguées forment le risque dans un contexte précis.

La réussite de concertations et d’efforts de recherches pluridisciplinaires, regroupant équipes des SHS et des STIC, mais aussi des Sciences de l’Univers et Sciences de la Vie, conditionne notre capacité à résoudre des problèmes soulevés par les interactions entre sociétés et environnements, parmi lesquels la détection des changements, la gestion des ressources et des risques. Les développements méthodologiques effectués dans le cadre du PNTS doivent contribuer à apporter une réponse à ces problèmes.





3. Bilan et prospective, sous l'angle des capteurs et de la méthodologie

Le découpage proposé ici est évidemment arbitraire. L'idée est de faire le point de bilan et de la prospective par grande famille de capteurs et de méthodologies. Il est évident que tous les projets retenus n'appartiennent pas forcément à une famille telle que définie ici. La liste des projets n'est pas totalement exhaustive.

Capteurs visibles actifs non imageurs

Instrument de télédétection active, le lidar sonde l'atmosphère à l'aide d'un faisceau laser (généralement pulsé, dans une gamme de longueur d’onde couvrant le proche UV, le visible et le proche et lointain IR –jusqu’à 10 µm). Les lidars permettent d'accéder à des profils de variables atmosphériques et de concentrations en espèces chimiques avec des résolutions spatiales et temporelles très fines (quelques dizaines de mètres et quelques secondes).
De nos jours, les lidars sont utilisées majoritairement en physico-chimie de l’atmosphère (mesures à haute résolution spatiale et temporelle de constituants minoritaires ; description des propriétés radiatives et micro-physiques des aérosols et des nuages peu ou pas précipitant ; bilan radiatif ; dynamique atmosphérique ; interaction surface-atmosphère) et altimétrie (e.g. suivi de l’épaisseur des calottes glaciaires sur Terre).

Bien que cette technique d’observation soit utilisée depuis le milieu des années 60, la première mission spatiale –LITE (Lidar In-space Technology Experiment) -embarquant un lidar rétrodiffusion date de 1994 (un lidar avait été embarqué à bord de la navette spatiale pour une durée de sept jours) et constituait essentiellement en une démonstration de faisabilité. Cependant les retombées scientifiques furent exceptionnelle, et ont motivé la définition de mission plus récente (GLAS de la NASA sur ICESAT lancé en 2002) et à venir (CALIPSO –NASA et CNES- dont le lancement est prévu en 2005, et EARTHCARE –ASE- prévu à l’horizon 2007) dont les objectifs concernent la quantification des impacts radiatifs des nuages et aérosols, et l’analyse de leurs interactions (à l’exception de GLAS dont l’objectif principal reste l’étude de la calotte glaciaire). Par ailleurs la communauté lidar vent française est également impliqué dans la définition et la préparation de la mission ADM-AEOLUS de l’ASE dont le lancement est prévu en 2007 et dont l’objectif principal reste la mesure du vent à haute résolution spatiale dans les 20 premiers kilomètres de l’atmosphère à l’échelle globale à des fins d’assimilation opérationnelle.

Avec le lancement de CALIPSO prévu cette année, la communauté française émargeant au PNTS s’est mobilisé au cours du présent mandat. Sept propositions ont été soutenues qui concernent les synergies entre lidar et imageur (POLDER et Météosat, P. Chazette), l’assimilation de donnée lidar dans un modèle de circulation générale (O. Boucher), la validation/calibration de CALIPSO (P. Flamant, F.-M. Bréon, M. Haeffelin) et l’estimation du champ de vent horizontal (P. Flamant). Une proposition a été soutenue sur le traitement numérique des données d'un lidar doppler à détection directe dans le cadre de la préparation de ADM-AEOLUS (A. Dabas). Enfin, trois propositions ont été financées qui concerne la calibration/validation d’un certain nombre de produits vapeur d’eau (contenus intégrés, etc..) obtenus par satellite à l’aide de mesures de rapport de mélange de vapeur d’eau obtenues par lidar Raman (M. Haeffelin) et l’analyse des erreurs associées au délais humides obliques obtenu par GPS par comparaison avec des mesures lidar Raman en visée oblique effectuées dans la direction de satellite faisant partie de la constellation GPS (O. Bock, E. Doerflinger). On peut noter que pour ces thématiques, un grand nombre des propositions sont régulièrement financées par le TOSCA.

Par ailleurs, le PNTS a également soutenu des actions originales, impliquant des lidars, en hydrologie (P. Kosuth), bathymétrie des surface continentales et littorales immergées (C. Puech) et la mesure du champ de déplacement 3D de surface (C. Delacourt).

2002M. Haffelin : Mesures couplées lidar, radar, radiomètres sur le SIRTA pour études méthodologiques et validation de paramètres issus d'observations satellitales2003P. Chazette : Impact sur le climat et la photochimie de l'aérosol en Méditerranée occidentale - Une contrainte par l'observation spatiale (couplage lidar-POLDER)
O. Bock : Développement de méthodes d'estimation du contenu intégré et du champ tri-dimensionnel de vapeur d'eau atmosphérique par GPS : exploitation des campagnes ESCOMPTE, IHOP et OHM. Préparation du projet AMMA2004P. Chazette : Potentialité du couplage Météosat et lidar spatial-préalable à la mission CALIPSO
O. Boucher : Assimilation variationnelle en télédétection pour des synergies instrumentales (données lidar)
A. Dabas : Traitement numérique des données d'un lidar doppler à détection directe (ADM-AEOLUS)
P. Kosuth : Estimation des débits de cours d’eau par mesures aéroportées ou spatiales (y compris lidar vent Doppler pour la mesure des débits des fleuves)
P. Flamant : Préparation et validation "CALIPSO" par la station mini lidar-radiomètrres transportable
F.-M. Bréon : Mesures atmosphériques en stricte coïndence avec le lidar spatial CALIOP
M. Haeffelin : Campagne d'inter-comparaison de mesures de la vapeur d'eau atmosphérique à partir d'instruments de télédétection au sol et embarqués sur satellite
E. Doerflinger : Développement de méthodes d'estimation du contenu intégré et du champ tri-dimensionnel de vapeur d'eau atmosphérique par GPS : exploitation des campagnes ESCOMPTE, IHOP et OHM. Préparation du projet AMMA2005C. Puech : Bathymétrie et topographie des surfaces continentales et littorales immergées par télédétection aéroportée (lidar bathymétrique)
P. Flamant : Vent nuageux par lidar et caméra grand champ : démonstration au sol puis application à Calipso
C. Delacourt : Mesure du champ de déplacement 3D de surface par corrélation de données diachronique 3,5D (Lidar aéroporté et Scanner photogrammétrique) : application au glissement de terrain de la Clapière
Dans le futur, en ce qui concerne l’atmosphère, la complémentarité des mesures effectuées au sein de l’A-Train devrait permettre d’atteindre les objectifs concernant la quantification des impacts radiatifs des nuages et aérosols, et l’analyse de leurs interactions. Le PNTS aura un rôle a jouer, notamment en ce qui concerne l’assimilation de ses données (produits de niveau 2 et 3) dans les modèles de circulation générale.

En ce qui concerne l'hydrologie, l’originalité des actions proposées sur les aspects « estimation des débits de cours d’eau par mesures aéroportées ou spatiales », avec notamment l’utilisation proposée des mesures lidar vent Doppler pour la détermination de la vitesse des courant de surface et de subsurface associées à des fleuves de largeur moyenne, pourrait permettre dans le cadre de la missions ADM-AEOLUS de contribuer de manière significative au suivi de la dynamique des bassins à l’échelle globale et régionale. Le PNTS a ici un rôle prépondérant à jouer en favorisant l’émergence d’interactions avec les communautés GRACE et GOCE, entre autre.


Capteurs hyperféquences actifs non imageurs

Nous traitons ici des capteurs actifs non imageurs dans le domaine des hyperfréquences ainsi que des modèles électromagnétiques.

Six propositions ont été soutenues en ce qui concerne l'altimétrie. Les thèmes sous-jacents à ces propositions touchent à l'altimètre "classique", qui mesure de la topographie des océans (L. Gourdeau et C. Le Provost du Leogs), ou la hauteur des vagues ((P. Queffeulou de l'Ifremer)), mais aussi à des utilisations émergentes en hydrologie continentales (J.-F. Crétaux et G. Ramillien du LEGOS) ou en surfaces continentales (I. Champion de l'INRA). On peut noter une baisse significative des demandes en altimétrie océanique, d'une part parce que cette thématique atteint une maturité certaine, d'autre part parce qu'elles sont financées par le Tosca (notamment les propositions sur l'utilisation de Jason).

En océanographie, comme en hydrologie continentale, l’apport des missions spatiales de gravimétrie pour définir une topographie dynamique absolue des océans ou des variations globales des réservoirs a été l'objet de plusieurs études financées. Par exemple, on montre que les estimations de géoïde à partir de la mission CHAMP (à cette époque la seule disponible) associées à la surface moyenne océanique déduite de l’altimétrie ont permis de calculer une topographie dynamique moyenne des océans qui soit purement issue de télédétection ( i.e. avec une précision indépendante de critères régionaux). La validation sur le Pacifique tropical a montré que ces premières solutions de géoïde permettaient de déduire pour la première fois de l’altimétrie la circulation géostrophique absolue.

Le PNTS a aussi financé le développement d'une plateforme d’analyse et d’assimilation basée sur les méthodes d’ensemble qui, couplée à un modèle, permet d’étudier les caractéristiques des missions altimètres et réseaux marégraphiques en terme de performance d’observation du niveau de la mer, et de qualifier les différentes configurations de ces instruments (altimètres nadir, WSOA et leur combinaison). Cette plateforme a été mise en œuvre avec succès pour cette thématique dans le cadre de deux thèses et est depuis étendue au problème de la circulation régionale.

En ce qui concerne l'étude des vagues, l'objectif est d'acquérir une meilleure connaissance des structures spatiales et temporelles du vent de surface et de l’état de mer, dans le but d’améliorer les modèles d’analyse et de prévision (vent et état de mer) et les fonctions de forçage pour la circulation océanique. Les mesures altimétriques de hauteur de vague ont été validées pour les principaux altimètres : ERS-1/2, TOPEX-Poseidon, GEOSAT Follow-On, Jason-1 et ENVISAT. L’utilisation conjointe de statistiques à l’échelle globale, de comparaisons entre capteurs et de comparaisons avec des mesures bouées a permis de proposer des corrections pour les différents altimètres afin d’obtenir des jeux de données homogènes. Concernant le vent, la vitesse estimée par la mesure altimétrique dépend fortement de l'étalonnage temporel du coefficient de rétrodiffusion. L’analyse à long terme et la correction des dérives de coefficient de rétrodiffusion permettent d’homogènéiser les séries. Cependant les données de Jason et ENVISAT ne sont pas encore parfaitement calibrées et il en résulte des biais significatifs sur la vitesse du vent.

L'avènement d'altimétrie bi-fréquence (bande C pour Topex ou bande S pour Envisat) permet des observations des surfaces continentales à plus basses fréquences que la fréquence classique (bande Ku). Par exemple, la bande S d'Envisat permet une certaine pénétration dans des milieux continentaux qu'il est important d'exploiter, cela a fait d'ailleurs déjà l'objet de la proposition sur les surfaces continentales.

Par ailleurs les nouveaux concepts d'altimètre pénétrant et sondeur, de basse-fréquence (en bande P), font aussi l'objet d'étude que cela soit en visée verticale (en mode sondeur) ou à visée oblique (en mode imageur). En revanche, durant le mandat ont surtout été financées des propositions de radar en bande P en visée oblique (et en mode SAR). Elles sont donc traitées dans la partie instrument actif imageur.

Ces études passent par une meilleure connaissance des modèles d'électromagnétisme. Deux propositions ont été soumises au PNTS dans ce domaine, portant plus précisément sur l'évaluation et l'amélioration des modèles de diffusion des ondes électromagnétiques par les sols nus. En effet, les limites du modèle IEM utilisé par la communauté sont mal connues ce qui empêche de cerner les raisons pour lesquelles l'interprétation des données est peu fiable. Dans le domaine des radars basse fréquence, une validation avec un modèle rigoureux de diffusion volumique (différences finies, FDTD) a été entreprise. Plus haut en fréquence (bande C typiquement), la faible pénétration des ondes conduit à privilégier la diffusion de surface. Un modèle basé sur un formalisme intégral rigoureux permettra de tester le domaine de validité de la méthode IEM et éventuellement de proposer des améliorations, sachant que l'exploitation des modèles rigoureux reste numériquement très lourde.

Cette démarche a déjà été entreprise pour la surface de la mer (avec le soutien du PNTS, quadriennal précédent) et l'ESA a très récemment soutenu un projet portant sur l'évaluation des méthodes approchées pour la diffusion par les sols nus et par la surface océanique. Le point sera fait sur ces deux études lors du séminaire de prospective.

Dans le futur, en ce qui concerne l'altimétrie, en océanographie comme en hydrologie, il semble assez certain que le couplage avec les missions de gravimétrie GRACE et GOCE permettra d'atteindre les objectifs. On pourra prochainement accéder à la circulation géostrophique de surface des océans à une précision et une résolution inégalée. De même, par combinaison d'images satellites qui fournissent des informations sur l'étendue des zones inondables avec les séries temporelles de la hauteur du fleuve (ex. Amazone, Congo, Mékong) fournies par l'altimétrie au niveau de "stations virtuelles" (intersections entre la trace moyenne du satellite et le cours principal du fleuve), il est maintenant possible de déterminer les variations temporelles de volume d'eau dans le bassin versant. Ces séries régionales ne concernent que les eaux de surface (ruissellement) dont l'évolution est visible à la surface de la Terre. Cependant elles pourront être directement comparées à celles calculées avec les solutions GRACE qui représentent les variations du stock total des eaux continentales, afin d'extraire par différence la composante "eaux profondes".

En ce qui concerne, la mesure de la hauteur des vagues ou de la vitesse du vent, il faut développer des méthodes d’assimilation de la donnée altimétrique dans les modèles en prenant en compte un ensemble plus large de paramètres géophysiques, notamment d'un paramètre complémentaire de type age des vagues ou période. Une meilleure résolution spatiale et temporelle doit être aussi atteinte avec les nouveaux capteurs.

Enfin, un point important dans l'avenir sera de bien nourrir les modèles de diffusion électromagnétique, grâce à une représentation pertinente du milieu sondé. En particulier, l'utilisation de basses fréquences requiert la description de la proche subsurface. Concernant la surface même des sols, un consensus semble se dégager pour l'utilisation des dimensions fractales, au lieu de la longueur de corrélation, mais le concept reste à approfondir. Si l'on admet que la description de la surface marine relève surtout de l'hydrodynamique, des études sur le déferlement en mer sont essentielles pour l'interprétation des échos par vent modéré à fort. Des modèles de diffusion volumique devront être mis au point, mais on pourra bénéficier de la compétence des atmosphériciens en transfert radiatif.

Capteurs hyperfréquences actifs imageurs

De 2002 à 2004, le PNTS a soutenu 15 développements méthodologiques utilisant les capteurs SAR (Synthetic Aperture Radar) (6 en 2002, 2 en 2003 et 7 en 2004). Sept projets sont dédiés à la physique de la mesure et à l’extraction des paramètres physiques du sol comme la rugosité et l’humidité de surface. Six projets concernent la corrélation d’images, l’extraction automatique d’information cartographique, et la fusion de données. Les deux autres projets visent respectivement le groupe de travail Radar Bande P (Granjean du BRGM) et l’utilisation des données ASAR d’ENVISAT (Dedieu du LGGE) pour la restitution des paramètres physiques de la neige. Les SAR utilisés sont des capteurs satellitaires (ERS, RADARSAT, ASAR d’ENVISAT, SIR-C) mais aussi aéroportés (RAMSES). Les projets soumis au PNTS et faisant appel aux capteurs SAR concernent pour une bonne partie l’utilisation des données issues des nouveaux capteurs multipolarisations (ASAR d’ENVISAT) et polarimétriques (RAMSES).
Durant ces trois années, le PNTS a soutenu des développements méthodologiques à caractère exploratoire impliquant des nouvelles longueurs d’onde (bandes X et P, acquisitions RAMSES/ONERA). Il a apporté son soutien à des actions de préparation à des missions spatiales comme par exemple l’atelier « capteurs très hautes résolutions spatiales » ou la mission aéroportée radar bande X (RITAS).

En ce qui concerne les radars basses-fréquences, le PNTS a soutenu les travaux menés par le groupe de travail « Radar Bande P » qui repose sur l'exploitation des données en bandes L et P acquises par le radar aéroporté de l'ONERA (Ramses) lors de ses missions en Aquitaine en 2001 et 2004. Les quatre premières études de ce groupe, bien qu'ayant été financées en fin du mandat précédent, sont rappelées ici.

Concernant les zones arides ou semi-arides, l'objectif est d'étudier la géologie du sous-sol et de détecter des ressources en eau. Lors du survol de la dune du Pyla, la sensibilité du radar imageur vis à vis de l'humidité des sols et la capacité de pénétration des basses fréquences ont permis de cartographier les structures humides de subsurface jusqu'à quelques mètres de profondeur. La validation était assurée par des mesures GPR qui, localement, permettent d'établir des profils d'humidité. Ces structures humides enfouies engendrent un déphasage polarimétrique HH/VV constant, confirmé tant par des modèles électromagnétiques rigoureux (FDTD) qu'approchés (IEM), ouvrant la voie à la mise au point de techniques de mesure à partir de systèmes spatiaux tels que ENVISAT/ASAR ou ALOS/PALSAR (en bande C ou L). En zone côtière, l'étude s'est focalisée sur les courants en embouchure (courants de marée dans le bassin d'Arcachon). Là aussi, les capacités polarimétriques de l'instrument ont été exploitées. En particulier, des divergences par rapport à un mécanisme de Bragg, laissent supposer que la rétrodiffusion spéculaire est plus forte que prévue théoriquement. Un modèle approché a été développé et la confrontation avec les données est en cours. L'étude de la dépendance de la signature SAR vis à vis de la salinité de surface dans la zone du panache de la Gironde n'a pas mis en évidence un effet très significatif, du fait de la conjonction de plusieurs phénomènes (bloom phytoplanctonique notamment).

On peut donc noter un manque de demandes relatives à l’interférométrie SAR. Pourtant, il y a des développements importants à faire avec l’arrivée d’ASAR et le lancement prochain de RADARSAT-2 et ALOS (interférométrie sur réseau de points stables, compatibilité entre les différents capteurs SAR, la combinaison des différentes polarisations, etc.). C’est également le même constat pour les applications océanographiques.

Les futurs capteurs SAR en cours de programmation devraient permettre d'accroître considérablement les capacités actuelles d'observation de la Terre tant par l'accessibilité aux données spatiales que par les performances des instruments. Les développements techniques et méthodologiques rendus nécessaires par l’arrivée de ces nouveaux capteurs sont relatifs à la connaissance de la physique de la mesure, à la haute résolution spatiale, à la grande répétitivité temporelle des données, et à la multiplication des paramètres instrumentaux (longueur d’onde, polarisation, incidence). Le PNTS doit encourager les projets qui proposent l’exploitation des nouvelles caractéristiques des instruments futurs par exemple la polarisation des SAR d’ENVISAT, de RADARSAT-2 ou d’ALOS, l’arrivée de la bande L sur ALOS, Cryosat (mode interférométrie).

Dans le même ordre d’idée, mais avec des échéances un peu plus lointaines, le lancement du programme Orfeo (radar Cosmo-Skymed de l'Agence Spatiale Italienne, bande X, résolution métrique) devrait permettre l'utilisation des données SAR à haute résolution spatiale et à forte répétitivité temporelle, et promouvoir des applications nouvelles en milieu urbain et en zones côtières. Ainsi, il est nécessaire d’encourager les propositions qui porteront sur la très haute résolution spatiale SAR.
Concernant l’interférométrie, le PNTS devrait encourager le développement de méthodes permettant de séparer les composantes ionosphérique, hydrosphérique, d’élévation et de déformation, notamment à partir de synergies avec d’autres données (GPS, Meris, Démeter, etc).

Il faudrait également encourager la promotion d’une mission en bande P car elle peut intéresser de nombreuses applications comme par exemple la cartographie en zones arides, l’exploration des calottes polaires, l’extraction de paramètres de sol (humidité et rugosité), végétation/forêt, etc, .

Le PNTS doit également promouvoir l'assimilation des données de télédétection dans les modèles et l’exploitation des nouveaux capteurs SAR en océanographie physique.
On s’attend pour les années à venir à une augmentation des demandes utilisant les capteurs SAR en raison du lancement de nouvelles missions spatiales : RADARSAT-2 et ALOS.


Imagerie (très) haute-résolution

Par imagerie (très) haute résolution, on entend des images radar ou optique ayant des pixels de taille métrique. La limite est fixée (dans ce paragraphe) à la résolution des images SPOT5/HRVIR, à savoir 5(5 m2. Les capteurs spatiaux actuels concernés sont donc SPOT5/HRVIR, Ikonos, et Quickbird, auxquels ils convient de rajouter certains capteurs aéroportés (notamment le SAR de RAMSES), et ceux des photographies aériennes. Par ailleurs, on inclut dans ce paragraphe certaines des études en préparation de la future constellation ORFEO : Pléiades HR (optique) / CosmoSkymed (radar).

Au cours des quatre dernières années, le nombre de projets émargeant à la thématique "Imagerie (Très) Haute Résolution Spatiale" s'est progressivement accru. Ces projets sont rappelés ici :

2002RITAS : RAMSES – Imagerie Thématique pour l'Agriculture des Sols (L. Prévot)2003Développement de méthodes d'analyse d'images à très haute résolution spatiale : application à la caractérisation du couvert en forêt tropicale humide (V. Trichon)
Caractérisations phénologiques renseignées par SPOT HRVIR. Application à la classification Haute Résolution de l'occupation des surfaces en région Midi-Pyrénées (P. Maissongrande)
Caractérisation de la végétation urbaine à l'aide d'images haute résolution spatiale et hyperspectrales (C. Weber)2004Extraction/Mise à jour cartographique des réseaux linéiques à partir des données radar et optiques haute résolution (J. Zérubia)
Détection de changements temporels abrupts en imagerie Haute Résolution optique et radar (S. Derrode)
Détection de changements d'occupation et d'utilisation du sol par fusion de données multi-sources (L. Hubert-Moy)
Nouvelles méthodologies d'extraction de l'information en imagerie satellitaire à très haute résolution spatiale pour la caractérisation de la végétation (C. Lelong)
Extraction/Détection de bâtiments dans des zones urbaines denses décrites par des données altimétriques haute résolution (M. Roux)2005Mesure du champ de déplacement 3D de surface par corrélation de données diachronique 3,5D (Lidar aéroporté et Scanner photogrammétrique) : application au glissement de terrain de la Clapière (C. Delacourt)
Méthodologie de conception d'une chaîne de traitement informatique pour l'exploitation multi-échelles d'images THR de la forêt tropicale humide : approche multi-résolutions de la texture, segmentation multi-critères et classification (V. Trichon)
Outre une évolution dans le nombre de projets jusqu'en 2004 (apogée correspondant à une demande spécifique en préparation de la mission ORFEO dans l'appel d'offre), on constate également une évolution de projets utilisateurs de l'imagerie HR vers des projets plus méthodologiques proposant des développements novateurs spécifiques à ce type d'images par des équipes plus STICS que SDU, e.g. les projets de Zérubia, Roux ou Delacourt.

Les travaux soutenus financièrement par le PNTS (en gras dans le tableau précédent) concernent :
l'exploitation de l'information de texture par la caractérisation d'objets thématiques particuliers (e.g. forêts tropicales humides, zones urbaines) ;

la combinaison de données HR avec des données moins bien résolues spatialement mais contenant une information spectrale plus riche (ce thème concerne donc également la fusion de données multi-échelles) ;

l'interprétation des images HR SAR bande X ;

le développement de méthodes d'interprétation d'images 2D par les processus Markov objet de façon à mieux prendre en compte les aspects géométriques des structures à détecter/suivre, ces aspects géométriques n'étant vraiment accessibles qu'en HR (non ou mal discernables à moindre résolution) ;


le développement de méthodes de reconstruction 3D fondées sur la notion d'objet et la combinaison d'informations liées à l'extraction de leur empreinte 2D, la reconstruction 3D des toits et des connaissances a priori, par exemple concernant l'agencement spatial des bâtiments (ce thème concerne donc également la fusion multi-sources).

Ces travaux ont eu ou auront donc le double mérite de (i) mettre en évidence l'intérêt des données HR pour des thématiques bien particulières (suivi de la végétation, reconstruction 3D urbaine) et de (ii) mettre en évidence l'intérêt des approches niveau objet et de l'information géométrique (par rapport à l'information radiométrique) avec l'amélioration de la résolution.

Les projets non soutenus ne l'ont généralement pas été en raison du manque d'intérêt des thèmes, mais de la non-maturité des approches proposées (du moins telles que présentées dans les projets). Ils concernent donc souvent des points importants, qui pourront être soutenus ultérieurement.

La disponibilité demain d’images spatiales à une résolution comparable aux images aériennes d’aujourd’hui devrait faire émerger dans la communauté de la télédétection des problématiques d’interprétation 2D qui, sans être nouvelles, étaient jusqu'à présent abordées essentiellement dans la communauté cartographique. On notera en particulier :
les questions de l’interprétation de scènes nouvelles guidées par les bases de données existantes ;

une approche de la détection de changement moins globale et quantitative mais plus axées sur la notion d’apparition et de disparition d’objets qui auront été recherchés de manière analytique.
Finalement, des travaux sont encore nécessaires pour :
le développement de méthodes automatiques d'appariement subpixel HR et de ré-échantillonnage ;

la connaissance de la physique du signal en imagerie SAR HR à différentes bandes, polarisations, incidences, etc…

l’estimation de mélanges de distributions multimodales (en HR, les différentes classes ne peuvent plus être modélisées par des distributions monomodales) ;

la détection de changements, notamment progressifs, en HR optique et/ou radar ;

l'analyse multi-résolution de scènes (e.g. fondée sur la détermination d'échelles caractéristiques des objets de la scène) ;

l'élaboration de modèles de scènes.
Certains de ces thèmes reprennent les conclusions de l'atelier Méthodologies ORFEO 2D (cf. annexe 2). Parmi les axes prioritaires dégagés pour le 3D, les développements en optique semblent les plus imminents. Ils s'appuient sur les caractéristiques des systèmes THR et du système Pléiades HR en particulier :
La résolution de 70 cm-nadir qui permet d’envisager la reconstruction de modèles 3D avec modélisation des discontinuités en zone urbaine (même si les études ATS2B avaient montré que le seuil pour la reconstruction de scène se situait plutôt autour de 50 cm) ;
l’agilité du satellite qui permettra en visée avant arrière d’obtenir des couples avec un rapport B/H intéressant (de l’ordre de 20%) sans problème de diachronisme ;
l’agilité encore qui permettra, d’obtenir des missions multi-stéréo, moyennant le relâchement d’autres contraintes (le troisième point de vue étant sur une trace différente il y aura nécessairement diachronisme et dépointage).

La contrepartie de ces caractéristiques est évidemment une moindre fauchée et une moins bonne capacité de revisite. Ceci favorisera naturellement les travaux focalisés sur des zones d’intérêt prioritaire (par exemple : densité de population, zones sensibles). Pour l’essentiel c’est dans le contexte du 3D urbain que ces caractéristiques seront pleinement valorisées. Comme en 2D, on verra probablement émerger dans le milieu de la télédétection des travaux qui, sans être intégralement nouveaux, étaient jusqu’alors étaient essentiellement abordés par les équipes travaillant sur des problématiques cartographiques à partir d’images aériennes. De manière non exhaustive, on peut citer :
des travaux sur la construction de modèle 3D urbain de ville en mode vecteur pour des applications de type réalité virtuelles et/ou simulation/assimilation (avec, par exemple, les travaux existant de INRIA, ENST-Paris, ETIS, ONERA, IGN/MATIS) ;
des travaux sur la vision multi-steréoscopique ;
l’utilisation de modèles numériques de surface calculés à partir de couples pris à différentes dates pour aborder les problématiques de détection de changement notamment dans les zones urbaine; en partant du principe que, malgré le bruit de restitution automatique, l’élévation a une valeur intrinsèque qui permet de comparer les élévations inter-dates (contrairement aux radiométries) ;
la construction de modèles 3D, en utilisant là où elles existent, les bases de données 2D pour guider l’interprétation.


Capteurs passifs radiomètriques


L’utilisation de données issues d’images acquises dans le domaine optique (du visible au moyen IR, et bien qu’en moins grand nombre, à l’IR thermique) est devenue presque de l’ordre de la routine, comme en témoigne le très grand nombre de propositions faisant appel à ces données.

A coté du développement de nouvelles méthodologies requises pour l’interprétation des images à très haute résolution spatiale (voir la partie correspondante), et en excluant les techniques d’inversion propres à chaque type de surfaces (traités dans les présentations par thématiques), peu de propositions étaient explicitement orientées vers des développements méthodologiques axés sur l’interprétation des images à résolutions déca, hecto ou kilométriques.

Les développements méthodologiques pour l’utilisation des capteurs imageurs passifs ont ainsi essentiellement porté sur l’utilisation combinée de données à haute résolution (décamétrique) et basse résolution (hecto à kilométrique) spatiales, de manière à tirer parti de la résolution spatiale des premières et de la répétitivité temporelle des secondes. Ces études font appel aux techniques d’agrégation / désagrégation, associées ou non à des techniques d’assimilation dans des modèles décrivant l’évolution temporelles des surfaces considérées.

L’utilisation des images à basses résolutions spatiales (capteurs à large champ), qui permettent une revisite importante, pose le problème de la normalisation des variations angulaires de la réponse radiométrique des surfaces. Cette thématique a été abordée pour le système neige-forêt dans le domaine visible-proche IR [Roujan 2004] mais aussi dans l’IR thermique, à l’échelle locale [Gu 2004 et 2005].

Le multi- et l'hyper-spectral

Treize propositions ayant trait à la télédétection passive dans le domaine visible (radiométrie visible) ont été retenues et financées par le PNTS, parmi lesquelles six concernent des observations hyperspectrales. Pour les « multi-spectraux » : deux projets concernent l’océanographie côtière (M. Babin, H. Loisel), quatre l’atmosphère (nuages et aérosols, J.F. Léon, P. Goloub, J. Riedi, O. Boucher), et un l’étalonnage à Dome Concordia (M. Fily du LGGE). Les capteurs concernés sont surtout POLDER et MODIS (MERIS n’apparaît qu’une seule fois). Pour les « hyper-spectraux » : un projet concerne la minéralogie (V. Carrère), un est purement méthodologique (S. Derrode) et quatre concernent la végétation Terrestre (V. Trichon, C. Weber, C. François, C. Lelong).

Pour le domaine multi-spectral, les méthodologies réellement nouvelles qui ont été examinées incluent en premier lieu (5 propositions) l’analyse des visées multidirectionnelles et de la polarisation telles que fournies par POLDER et PARASOL, aussi bien pour les aérosols (O. Boucher, P. Goloub, JF Léon) que pour les nuages (J. Riedi) ou encore pour l’océan (H. Loisel), l’analyse des différences de structure (réduction de contraste par J.F. Leon).

On peut noter l’absence de travaux sur l’assimilation des observations radiométriques ou des paramètres géophysiques qui en sont dérivés.

Un effort certain a été fait pour tenter de tirer profit des visées multidirectionnelles et de la polarisation (POLDER-PARASOL). Il semble nécessaire toutefois de poursuivre cet effort, en particulier dans le cadre de la mission PARASOL.

Le problème très complexe de l’inversion des observations de la couleur de l’océan en zone côtière demandera également à l’avenir encore de nombreux développements, en premier lieu dans la direction d’une meilleure modélisation du signal (meilleure connaissance des propriétés optiques), et, en second lieu, dans le sens de l’amélioration des méthodes d’inversion (réseaux de neurone, algorithmes génétiques ou autres). Il semble en effet que les avancées relativement modestes dans ces inversions viennent d’une insuffisante maîtrise du problème direct.

Pour ce qui est des applications multi-capteurs, un effort est à faire pour définir les méthodes d’étalonnage et d’inter-étalonnage qui permettent de fusionner proprement les données, en « amont » du développement des méthodes de fusion de données elles-mêmes, et ceci quelque soit leur nature (interpolation optimale ou autres techniques). En effet, ces dernières n’ont que peu d’utilité et leur résultat peut en fait être totalement inutile si on leur fourni des données hétérogènes et non inter-étalonnées.

Une image hyper-spectrale fournit un spectre « continu » sur un grand nombre de bandes spectrales (typiquement plusieurs dizaines).

Le PNTS a reçu des projets exploitant les images hyperspectrales pour l’étude de la végétation (classification de la végétation urbaine, calcul d’indices foliaires et de teneur en azote), de la géologie de surface (étude de zonations minéralogiques) et de la formation de l’image (étude des mélange spectraux et des effets non linéaires dus au relief).

On note tout d’abord un déficit d’accès aux images dû au manque de capteurs satellitaires (HYPERION est aujourd’hui en fin de vie, CASI, AVIRIS et Hymap sont aéroportés) et parfois un manque de formation et d’équipement des thématiciens en traitement des images.

Avant de proposer des axes de recherches méthodologiques en imagerie hyperspectrale il sera peut être utile de s’interroger principalement sur l’intérêt de la définition d’une mission satellitaire qui fédèrerait les besoins de l’ensemble des pôles thématiques (végétation, géologie, littoral, analyse des changements, pollution, catastrophes naturelles, défense). Une telle démarche relève plutôt du TOSCA.

Parmi les axes de recherches nécessitant des développements méthodologiques on peut suggérer :

-l’analyse des aérosols et leur prise en compte dans les équations de transfert radiatif.
-la comparaison du potentiel des images multi-spectrales et hyperspecrale dans des contextes ciblés (par exemple l’analyse des données ASTER et HYPERION pour la géologie).
-l’étude du volcanisme (cartographie des coulées, température).
-l’analyse de changement d’échelle : étude de l’adéquation entre les spectres des échantillons et les mesures de télédétection.
-les études des changements littoraux (par exemple l’étude des conséquences du séisme d’Aceh, Dec 2004).
-la cartographie des effets des catastrophes naturelles.
-recherche d’indices géologiques pour la prospection minière.
-l’étude du besoin en librairie spectrale.

GPS

Le détournement des signaux de navigation, tel le GPS, et prochainement le GNSS pour le projet Européen GALILEO, est une technique qui optimise l’utilisation d’un système déjà dédié à des applications diverses. Il semble possible d'utiliser en configuration bistatique le système GPS pour mesurer des paramètres géophysiques à la surface de la mer. Le système fondé sur le principe bistatique du GPS est très intéressant par :

Sa simplicité comparée aux systèmes actifs qui nécessitent un émetteur en plus du récepteur. L'émetteur dans ce cas est l'un des vingt-quatre satellites de la constellation GPS. Quant au récepteur, nous avons la possibilité de l’embarquer sur avion ou sur satellite de basse altitude.

Sa couverture effective du globe dans la mesure où, à chaque instant, au moins quatre satellites GPS sont visibles au-dessus de l’horizon local.


Sa pérennité puisque l’existence du système GPS sera assurée pour des raisons liées à sa vocation opérationnelle pour la navigation. L’utilisation du GPS, pour autre chose que la triangulation, maximise donc le rendement du système.

Sa ressemblance avec les systèmes actifs et passifs traditionnels. Le récepteur GPS peut être configuré en mode altimètre ou diffusiomètre. Le mode altimètre permettra potentiellement la détermination du niveau moyen de la mer ou de l’état de la mer. Le mode diffusiomètre permettra d’estimer la vitesse du vent et sa direction.

Les applications pratiques sont nombreuses. La longueur d’onde (bande L) et la polarisation (circulaire) s’adaptent bien sur terre, air ou mer pour une panoplie d'applications. Citons, par exemple :

Les courants de surface par l’effet Doppler mesurable en termes de délais dans les échos par changement de fréquence.

La mesure de la concentration totale d’électron dans l’ionosphère à partir des récepteurs embarqués sur satellites.


L’estimation de la vapeur d'eau dans la troposphère par GPS

La salinité de surface en observant le signal réfléchi aux alentours de l’angle de Brewster et par le changement des constantes diélectriques.


L’humidité du sol et la pénétration de glace grâce à la longueur d’onde particulière du GPS dans la bande L.

Le PNTS a financé sur les quatre dernières années huit projets (voir tableau ci-dessous) qui faisaient appel à la technique du GPS soit comme outil principal d’investigation, soit comme outil complémentaire à d’autres outils spatiaux, principalement imageurs. Il ne fait pas de doute que les développements liés au GPS vont se poursuivre aussi dans le domaine Air-Mer que dans le domaine Terre Solide.


Demandes PNTSDemandes GPSDemandes GPS financéesFinancement 2002373356 k¬ 2003291112,5 k¬ 2004324473 k¬ 200528118 k¬ 


Gravimétrie


La gravimétrie spatiale connaît en ce moment une effervescence extraordinaire. En effet, deux missions (CHAMP et GRACE) sont en cours et une autre mission (GOCE) est sur le point d être lancée. C’est une période particulière, car il n’est pas prévu dans l’avenir d’avoir simultanément autant de missions de gravimétrie spatiale.

Le PNTS n’a reçu que très peu de projets dans ce domaine; cinq au total. Ils concernaient tous des mises au point de méthodes mathématiques pour le traitement de données. Bien que le nombre de projets fût restreint, la qualité scientifique n’a pas fait défaut puisque quatre propositions sur cinq furent retenues.

Le traitement des mesures de gravimétrie spatiale et le calcul de modèles de très haute résolution requièrent de gros moyen en personnel et en informatique. Il est donc logique que ce soient les grands laboratoires spécialisés dans la gravimétrie et la géodésie spatiale qui traitent ce type de données. L'analyse fine et l'utilisation des résultats de ces traitements sont partiellement financées par des programmes spécifiques. La mission fédératrice du PNTS n’a donc pu être que partiellement remplie dans ce domaine.

Les projets financés ont concerné des problèmes climatologiques importants et d’actualité. Les sujets ont porté sur la détermination de l’épaisseur de la calotte polaire en Antarctique, sur l’utilisation des nouveaux géoïdes marins pour valider la topographie dynamique moyenne des océans et des applications en hydrologie grâce aux mesures du satellite GRACE.

On peut regretter qu’il n’y ait pas eu de propositions en 2005 et il faudra continuer à inciter la communauté à soumettre au PNTS les développements méthodologiques originaux autour des missions actuelles et futures. Ces missions collectent et collecteront un ensemble important d’observations uniques. Il faudra attendre encore de nombreuses années avant que de nouveaux satellites dédiés à la gravimétrie soient mis en orbite. Il reste encore de nombreuses pistes à explorer, en particulier dans le traitement des données et surtout dans les combinaisons avec d’autres types d’observations.

Il est à noter qu'un important effort fédératif est en cours avec notamment le GDR G2 où les géodésiens qui s’occupent de ce type de problème peuvent collaborer et s’associer d’avantage avec les autres communautés scientifiques pour lesquelles ils pourraient contribuer de manière significative. Par exemple, les hydrologues peuvent profiter des observations satellitales. Le PNTS doit être associé à cet effort.


Fusion de données

Peu de projets font réellement appel à la fusion de données, certains proposants confondent combinaison et fusion de données. A notre sens, la combinaison de données multi-capteurs consiste à mettre en coïncidence des données multi-échelles et multi-spectrales et à les interpréter en termes de variables physiques indépendamment les unes des autres (par exemple des images HR fourniront l’occupation des sols de pixels à plus faible résolution spatiale, qui pourront être assimilées ensuite dans un modèle de fonctionnement, etc…). La fusion de données permet de dériver une même variable physique d’un ensemble de données hétérogènes : par exemple l’humidité de surface à partir de données microondes et IRT sans avoir recours à l’assimilation dans un modèle physique.

Dans le domaine de la fusion de données, on peut distinguer deux démarches : la fusion des données multisources et la fusion des résultats des traitements des données multisources. Ainsi, par exemple, pour faire de la détection de changements, on pourra fusionner des indicateurs calculés à partir des différentes sources de données ou bien faire un suivi de l’occupation des sols en appliquant des méthodes de classification à des jeux de données hétérogènes.

Ainsi, seule une petite dizaine de projets sur 125 portaient réellement sur la fusion de données à savoir:

2002 : 2 projets : S. LeHégarat (10K¬ ) et E. Trouvé (10K¬ )
2003 : 1 projet : P. Allemand (15K¬ )
2004 : 4 projets : J. Zerubia (3K¬ ), L. Hubert-Moy (6K¬ ), P. Allemand (20K¬ ) et A. Olioso ( 24K¬ )

Ces travaux concernent :

le suivi de l occupation des sols et en particulier la détection de changements d occupation ou d utilisation des sols par fusion de données multisources

l’estimation de l’humidité de surface (couplage de données microondes BR et optiques HR )


la caractérisation de couverts végétaux réguliers (vignes, peuplements arborés) à partir de données THR multisources (altimétrie lidar-radiométrie)

le suivi des glaciers tempérés à partir de données SAR multitemporelles et interférométriques

l’extraction automatique de réseaux routiers et de réseaux hydrographiques à partir de données optiques et radar

l’étude des mouvements gravitaires par interférométrie SAR, corrélation optique et GPS différentiel

la cartographie géologique à partir de données spatiales et géophysiques

Les méthodologies développées sont les suivantes :

segmentation ou classification supervisée (ou non), de données spatiales multisources

méthodes d’extraction d’objets dans des images exploitant la topologie des objets recherchés (ex : extraction de réseaux linéiques modélisés par des processus de Markov objet)

méthode de fusion d’indicateurs prenant en compte l’imprécision ou l’ignorance dans le cadre de différentes théories (probabiliste, croyances ou possibilités)

extraction de l’information spatio-temporelle par des méthodes d’estimation, de filtrage et de détection adaptées aux statistiques et à la morphologie de voisinages homogènes

désagrégation de données BR intégrant des contraintes spatiales et temporelles fournies par des données HR

Les capteurs utilisés :

instruments imageurs SAR et optiques (ERS, SPOT, TM, VGT, AVHRR, ASTER, MODIS…)

Lidar, GPS,

Instruments aéroportés

Le bilan est globalement très positif : les programmes ont permis de développer des méthodologies intéressantes et efficaces dans les applications étudiées. Les limitations actuelles concernent :

le manque de chaînes de réflecteurs permanents en interférométrie radar

le manque de connaissances sur la géométrie d’acquisition des images pour faire de la corrélation optique

le manque de précision dans les MNT

Les développements encore nécessaires concernent :

le traitement de volumes de données importants

le développement d’algorithmes de démélangage et d’inversion de données

la fusion de données de surface et de sub-surface

les méthodes d’optimisation

la meilleure prise en compte de l’incertitude associée aux données

l’extension des méthodes à des modes non supervisés pour les rendre opérationnelles

le développement de méthodes d’élaboration de MNS et de MNT

le développement de méthodes adaptées à la THR (méthodes orientées objet)

le développement de méthodes de validation

le développement de méthodes couplant inversion et assimilation

Les attentes par rapport aux futurs instruments sont essentiellement:

une meilleure résolution qui nécessitera de mieux prendre en compte l’information géométrique

un développement de méthodes adaptées à la THR (nouveaux modèles de speckle par exemple)

des images THRS à des prix accessibles

Assimilation de données

D’un point de vue méthodologique, les principales approches relèvent de méthodes variationnelles, de filtrages de Kalman et d’algorithmes génétiques (et techniques dérivées). Les modèles utilisés présentent souvent un assez grands nombres de paramètres dont seul un sous-ensemble peut être contraint par les observations satellitaires. En conséquence l’assimilation et ou inversion (identification de paramètres) est souvent accompagnée d’une étude préalable de sensibilité des modèles (avec une préférence pour les approches par méthodes de Monte Carlo). Cette démarche peut conduire ensuite à élargir la base d’information utilisée pour produire les champs d’intérêt, la prise en compte de nouvelles observables, d’ébauches, de climatologies, d’équations physiques, etc. permettant généralement de mieux contraindre le problème.

Parmi les projets soutenus par le PNTS sur la période 2002-2005, nous distinguons ceux dont la problématique de l’assimilation est dominante, et ceux pour lesquelles elle entre en complément d’autres travaux.

Projets soutenus dont la partie « assimilation » est majoritaire

Dans cette catégorie les travaux financés par le PNTS concernent l’assimilation :

- de données satellitaires pluri-capteurs (radar et optique) à basse résolution (>1km) dans un modèle de fonctionnement de la végétation ;
- de données à faible résolution spatiale dans des modèles de fonctionnement de surface ;
- de chroniques de données d’origines multiples dans des modèles de fonctionnement des cultures ;
- de l’altimétrie satellitaire pour contraindre la modélisation de la dynamique océanique côtière ;
- et l’utilisation optimale des données satellites de salinité de surface pour l estimation du bilan d eau douce des océans tropicaux.

En résumé, deux projets étaient liés à l'océanographie et quatre à la biosphère continentale:

2002 : 2 projets : S. LeHégarat (10K¬ ) et E. Trouvé (10K¬ )
2003 : 1 projet : P. Allemand (15K¬ )
2004 : 4 projets : J. Zerubia (3K¬ ), L. Hubert-Moy (6K¬ ), P. Allemand (20K¬ ) et A. Olioso ( 24K¬ )



Projets soutenus dont la partie « assimilation » est minoritaire

Les travaux financés par le PNTS concernent l assimilation:

- de délais GPS obliques dans les modèles météorologiques ;
- de données multispectrales dans les modèles TSVA (visible, PIR, IR moyen, IR thermique, micro-ondes) sur le site de mesures SMOS-PIRRENE ;
- des observations d’humidité dans les modèles météorologiques ;
- de données de télédétection spatiale dans un modèle hydrologique ;
- de données pour l’agriculture et l’environnement ;

En résumé, quatre projets étaient liés à l'atmosphère (dont 3 via le GPS), trois à la biosphère continentale:

2002 : 3 projets : O. Bock (40 k¬ ), J.C.Calvet (21 k¬ ),  S. Moulin (25 k¬ )
2003 : 3 projets : M. Zribi (20 k¬ ), M. Vesperini (5 k¬ ), O. Bock (12.5 k¬ )
2004 : 1 projet : E. Doerflinger (15 k¬ )

Récapitulatif du nombre de projets « assimilation » soutenus

AnnéeNb de projets soutenusMontant alloué (k¬ )20025126 2003457.520042392005218
Répartition dans les différentes thématiques :
Cryosphère (0)  Terre Solide (0)  Biosphère Continentale (7)  Atmosphère (4 ou 2 si regroupement GPS)  Océanographie physique (2)

Il est important de poursuivre le développement de méthodes d’assimilation et d’inversion dans des cas concrets (observations réelles, modèles réalistes) pour prendre en compte l’ensemble des problèmes restant à résoudre. En particulier il nous semble essentiel de consentir des efforts pour surmonter les difficultés soulevées par :

- l’estimation quantitative et la prise en compte des imperfections des modèles ainsi que des statistiques des erreurs d’observations ;
- la non-linéarité explicite des dynamiques modélisées (développement des instabilités, prédictibilité limitée, éventuelle co-existence d’attracteurs, etc.) ;
- idem pour les signaux contenus dans les observations (analyse non linéaire de séries spatio-temporelles, détection d’évènements récurrents non périodiques, etc.) ;
- l’analyse d’évènements extrêmes (sécheresse, etc.) ou soudains (inondations, tempêtes, etc.) ;
- l’analyse de dynamiques ne relevant pas de la mécanique des milieux continus (e.g. usage et occupation des sols)
- les contraintes de temps de calcul qui s’opposent à l’exploitation optimale de techniques basées sur des simulations d’ensemble (Kalman d’ensemble, Monte Carlo, analyses de sensibilité, etc.).

L’assimilation de données requière une plus grande collaboration entre les experts en modélisation, observation et assimilation mais aussi avec les chercheurs des STIC qui développent des outils encore peu ou pas utilisés dans nos domaines et cependant pertinents pour nos problématiques.

Ainsi les besoins de développements méthodologiques sollicités par les tendances thématiques et en assimilation/inversion actuelles brièvement énumérées ci-dessus, sont nombreux.

Parmi ceux-ci citons l’élaboration de méthodes d’assimilation/inversion avancées, adaptées qui devrait être rapidement appliquées :
- aux modèles non-linéaires ;
- aux processus statistiques non gaussiens (variables d’état, paramètres, observations, erreurs diverses) ;
- à la prise en compte explicite de propriétés statistiques de paramètres (via les densités de probabilité ou leurs principaux quantiles ; e.g. celle de la couverture nuageuse) ;
- au choix multicritère ;

A moyen terme, on peut également supposer que vont surgir les questions liées au mélange d’informations hétérogènes (e.g. radar et optique) non seulement multi-échelles (de la basse à la très haute résolution) mais encore relevant d’approches aujourd’hui contrastées (analyse des séries spatio-temporelles versus approches objet-attributs). Cette demande va surgir des développements thématiques eux-mêmes, et parfois de leur imbrication dans des schémas impliquant des contraintes d’opérationnalité.

Par ailleurs un premier bilan des approches rigoureuses permettant d’étudier les processus multi-échelles devrait être réalisé en relevant les possibles stratégies d’adaptation aux problèmes d’assimilation / inversion.

Sur le versant modélisation, il paraît possible d’améliorer :

- la prise en compte des processus physiques notamment au niveau des opérateurs d’observation ou des processus linéarisés ;
- la caractérisation et représentation des covariances d’erreurs de modélisation et d’observation (variabilités géographique et temporelle ; aspects multi-variés) ;
- enfin l’élaboration de diagnostics sur l’optimalité des systèmes d’assimilation/inversion eux-mêmes.

L’estimation du contenu en information des observations disponibles et futures est un point clef pour la préparation de nouvelles missions spatiales et pour une exploitation optimale des informations provenant des satellites.

L’identification de ces besoins et tendances concerne l’ensemble des thématiques couvertes par le PNTS, l’assimilation et/ou l’inversion de données satellitaires étant appliquée par une large communauté d’utilisateur des techniques spatiales.



4. Conclusion


Le PNTS affiche un bilan plutôt positif, qu'il soit vu sous l'angle des capteurs ou l'angle des thématiques. Les résultats obtenus par les proposants montrent que le PNTS a nettement contribué aux efforts de la communauté française en matière de télédétection, et ce pour toutes les thématiques scientifiques. En fonction des capteurs ou de la thématique, la prospective est plus ou moins ambitieuse mais reste cohérente face aux enjeux scientifiques, aux observations disponibles ou aux futures missions spatiales. Nous avons identifié des actions à mener ou des méthodologies à développer en fonction des lacunes mais aussi des caractéristiques des nouveaux capteurs en fréquence, résolution, répétitivité, polarimétrie … ainsi qu'en fonction des progrès en analyse numérique qui permettent non seulement l'élaboration de formalismes plus rigoureux mais aussi le traitement d'ensemble de données plus importants.

Un programme national a un rôle fédérateur. Il doit structurer les communautés autour d'un objectif, d'une question ou d'un outil. Le rôle fédérateur du PNTS dans la communauté télédétection apparaît positif, en témoignent la qualité des projets retenus et les réponses aux questionnaires. Il est clair que les ateliers ont eu un rôle important dans les communautés concernées. Il faut encourager le prochain comité scientifique à faire perdurer cette pratique qui peut sans aucun doute être améliorée avec l'affection systématique d'une petite part du budget. Ces ateliers ne peuvent que renforcer à la fois le rôle fédérateur et le rôle incitatif du programme.

Le prochain atelier, en juin 2005, portera sur les radars à basse-fréquence. Il sera dédié à la présentation des activités scientifiques et techniques qui ont été ou seront menées en France dans le domaine « radars basse-fréquence », qu’ils soient conventionnels, polarimétriques, interférométriques ou sondeurs. D'autres idées d'ateliers ont déjà été évoquées, par exemple autour de l'infra-rouge thermique ou autour des concepts d'interférométrie, type "roue" ou constellation.

Les statistiques du bilan chiffré produites dans ce document pourraient laisser penser que le PNTS a "saupoudré" de petites sommes budgétaires sur de nombreux projets disjoints, ce qui serait à l'encontre d'un programme fédérateur. D'une part, il convient de souligner que les financements ont souvent été des co-financements de projets plus vastes et ne traduisent que la quote-part méthodologique du projet. Il en est ainsi pour le projet CLU-Escompte soutenu aussi par le PATOM ou le projet AMMA (à son début) soutenu par trois autres programmes nationaux. D'autre part, certains des projets présentés séparément étaient liés à un même programme de recherche mis en œuvre de manière concertée. On peut citer de façon non exhaustive l'utilisation de la très haute-résolution, l'exploitation des données météosat nouvelle génération ou la préparation initiale d'AMMA. Chacun de ces thèmes a donné lieu au dépôt de plusieurs projets concertés et financés à un montant important. Par ailleurs, certains proposants ont préféré déposer successivement plusieurs petites propositions annuelles, plutôt qu'une proposition pluri-annuelle importante. Enfin, même si la médiane des montants alloués frôle les 10 k¬ , la moyenne de ces montants se situe entre 12.5 et 14 k¬ , sommes qui apparaissent raisonnables pour la conduite de projets significatifs.

Sur le plan incitatif, le rôle des ateliers est important. L'afflux des propositions concertées sur la très haute résolution en 2004 a découlé de l'atelier et des incitations de l'appel d'offre. La communauté concernée s'est rencontrée et a monté des propositions en répondant aux opportunités soulignées dans l'appel à propositions.

Le rôle de coordination au sein d'une communauté ou entre deux communautés est également essentiel. Le PNTS, par nature transverse, s'adresse à toutes les communautés dont la télédétection est un outil indispensable ou potentiellement source d'informations. L'atelier "occupations et usages des sols LUCC-France a eu le rôle le plus manifeste en terme de communication et d'échange entre différentes communautés, en l'occurrence entre les chercheurs relevant de SHS et ceux de SDU.

Pour ce qui concerne le PNTS, le rôle de structuration se traduit par des transferts à différents niveaux : transferts de champ d'application d'un capteur d'un thème à l'autre, transferts de méthodologie, ou transferts de connaissance.

L'altimètre est un bon exemple de transfert de champ d'application. Cette technique instrumentale passée de l'océanographie aux calottes polaires il y a quelques années, devient maintenant un outil d'étude pour l'hydrologie continentale, voire à terme pour l'étude de la biosphère. L'avènement de l'altimétrie à plus basse fréquence, en mode sondeur, ouvrira encore plus le champ d'application de cet instrument. Le diffusiomètre a suivi le même chemin, de l'océanographie à l'étude des surfaces continentales en passant par les calottes polaires. L’utilisation de l’optique en télédétection spatiale est plus ancienne. De ce fait, on a maintenant atteint une certaine maturité et les évolutions sont moins spectaculaires que pour d’autres techniques. Il est pourtant assisté là aussi à des évolutions notables où des capteurs initialement conçus pour une application purement météorologique en temps quasi réel sont utilisés pour des analyses quantitatives fines sur l’évolution de l’atmosphère et des surfaces terrestres sur le long terme.

Dans le domaine de l'océanographie comme de l'hydrologie, l'avènement des missions de gravimétrie, instruments à vocation initiale "terre solide" est notable. Les couplages avec des instruments complémentaires doivent être développés. Les développements méthodologiques associés sont par ailleurs un lien fort entre océanographes, hydrologues ou membres de la communauté "terre solide". On vit actuellement une période intensive en gravimétrie où après le lancement de Champ puis Grace, on attend celui de Goce. Après quelques projets proposés et soutenus juste après le lancement de Grace, il semble que la communauté s'essouffle (à moins qu'elle n'ait trouvé d'autres sources de financement ?) et qu’il faudra l'inciter à poursuivre des développements méthodologiques, notamment pour exploiter la nouvelle résolution spatio-temporelle de ces capteurs. En l'absence actuelle de structure, le PNTS pourrait réfléchir avec les géodésiens pour inciter et aider les chercheurs des autres communautés à utiliser les données issues des satellites de gravimétrie.

Un dernier exemple de transfert de champ d'application réside dans l'utilisation scientifique du GPS. Nous avons pu apprécier pendant ce mandat la diversité des projets s'attachant à extraire du GPS l'estimation de la vapeur d'eau atmosphérique ou les caractéristiques de la surface marine. L'aspect bistatique de cet instrument et sa fréquence en font aussi un bon précurseur de certains concepts comme la roue interférométrie et il faut continuer à encourager des développements méthodologiques autour de ce système simple.

En ce qui concerne le transfert de méthodologie, des projets d'assimilation de données en atmosphère, en océanographie mais aussi pour l'étude de la biosphère ont été financés. Nous avons aussi retenu des projets faisant appel à la corrélation d'image en glaciologie.

Certaines avancées ont été constatées dans la compréhension du signal qui est source d'information pour les uns et source de bruit pour les autres qu'il s'agisse des marées, nuages, aérosols, de la ionosphère…, ces résultats constituant des transferts de connaissance particulièrement opportuns. Ainsi, l’exploitation de plus en plus grandes séries (temporelles) de données implique que celles-ci soient très proprement corrigées des effets instrumentaux (capteurs différents) et atmosphériques, de manière à être comparable d’une date à l’autre. Les travaux menés dans le passé (dont certains financés lors des précédents mandats du PNTS) ont fait qu’un certain nombre d’outils - codes de transfert radiatif, réseau de mesures – soient théoriquement suffisamment accessibles pour que les équipes non-spécialistes en corrections atmosphériques puissent être autonomes. En revanche, au cours de ce mandat du PNTS, nous avons reçus et soutenus nettement plus de propositions visant à utiliser des données de télédétection pour caractériser finement l’atmosphère, que pour améliorer les corrections des effets atmosphériques sur les données de télédétection (du visible à l’Infra rouge thermique). Le PNTS pourrait alors ici un rôle plus actif.

Le rôle de transfert du PNTS, qu'il soit au niveau du champ d'application d'un capteur, d'une méthodologie ou d'une connaissance doit être encore renforcé. Il peut être déjà plus explicitement inscrit dans l'appel d'offre. Mais il semble évident que ce rôle doit passer aussi par une meilleure diffusion de l'information. C'est probablement l'une des réflexions les plus importantes qu'il faut mener. On peut imaginer le développement d'un site web dédié au programme incluant les propositions, les résultats, les sujets de thèses, de post-doc ou les différents appels d'offre en cours ainsi que l'organisation de journées dédiées à un thème particulier.

En effet, le rôle d'information du PNTS devrait clairement être capable de dépasser le périmètre du programme, notamment en faisant le lien entre la communauté scientifique et les grands projets spatiaux du CNES ou de l'ESA, et les différents appels d'offre.

Nous avons essentiellement discuté des projets retenus, finissons par les projets n'ayant pas eu la chance de l'être et dont on ne parle pas. On trouve parmi ceux-ci les projets non recevables par exemple parce qu'ils ne demandent essentiellement que du salaire. On trouve aussi des projets de faible qualité, c'est-à-dire des projets où la méthodologie proposée ne semble pas adaptée aux problèmes, où l'observation ne contient pas l'objet à restituer, où l'objectif scientifique n'est pas original…Il est possible que certains projets n'aient peut-être pas été évalués à leur juste valeur. D'autres projets ont été considérés comme ne relevant pas du programme, en général parce qu'ils n'étaient pas assez méthodologiques ou trop attachés à leur thématique. Ces projets renvoyés fréquemment un peu mollement vers les programmes nationaux thématiques risquent de ne jamais être financés et au minimum d'avoir perdu un an. Afin de diminuer ce risque, il conviendrait d'améliorer l'interface entre tous les programmes nationaux. Enfin, certains projets ont été jugés relever du TOSCA et qui pourtant n'y ont pas été financés en dépit de leur valeur indéniable. A l'inverse, certaines propositions financées par le TOSCA pourraient relever du PNTS. Un effort supplémentaire est nécessaire pour clarifier les limites du PNTS et du TOSCA, qui sont des programmes complémentaires. La définition des contours respectifs de ces deux programmes a toujours été un sujet d'actualité dans la communauté française de télédétection.

Plus globalement, ce bilan devrait permettre de redéfinir les contours du PNTS dont la vocation reste fondamentalement méthodologique et qui pourrait bénéficier de l'expertise des communautés relevant des STIC, des mathématiques, de la planétologie ou d'autres secteurs scientifiques.

Il conviendra aussi de s’interroger sur le très faible nombre de propositions relevant de la chimie atmosphérique, alors même que cette discipline est en essor puisque plusieurs capteurs spatiaux centrés sur la mesure de la composition atmosphérique ont été lancés pendant notre mandat (Sciamachy, GOMOS, MOPITT) ou seront lancés au cours des toutes prochaines années (Plateforme AURA, IASI…) Nous n’avons pas de réponse à cette interrogation. Il semble qu’historiquement la communauté de télédétection chimie choisisse de ne pas soumettre de propositions au PNTS, préférant le TOSCA ou le PNCA.






5. Annexes




Le PNTS en chiffre

Atelier (très) haute-résolution: ORFEO

Atelier occupations et usages des sols, LUCC-France

Synthèse du questionnaire

Appel à proposition 2005

Liste des acronymes

Le programme du colloque du 18-19-20 avril 2005





Le PNTS en chiffre


1. Financement des organismes de tutelles (à compléter après décision 2005 finale)

Le PNTS est un programme multi-organisme avec la participation du Cnes, de l'Insu, de l'Inra, du BRGM, de l'IGN, de l'IRD, du département SHS du CNRS, de Météo-France, du Cirad et du Shom.

Le budget du PNTS, durant le mandat de 2002 à 2005 se repartit ainsi


2002200320042005TotalCNES175100140140555INSU90304550215INRA46454520156BRGM1515151560IGN15151545IRD1515151055SHS15151545Météo-F888832CIRAD88SHOMTotal3792282982581163

Sur un budget total en quatre ans de 1163 k¬ , le CNES a contribué à presque la moitié du financement, l'INSU et l'INRA à plus de 30%. Les autres organismes participent en tout à environ 20% du budget.

Suite à un investissement de l'IRD et de l'INRA dans d'autres programmes ou structures, on peut noter une baisse notable de leurs contributions au programme en 2005.

2. Pressions correspondantes

En moyenne, nous recevons une trentaine de propositions par an et en sélectionnons entre 20 et 25.

nb reçuesMontantnb retenuesmontantpression20023710102737937%2003297351922029%2004327872530937%2005277211721130%
Le tableau ci-dessus indique le nombre de propositions reçues et du montant demandé correspondant, avec le nombre de propositions retenues et le montant octroyé.

La pression, c'est-à-dire le rapport entre les montants demandés et les montants distribués, se situe entre 30 et 37%. Elle correspond à un durcissement par rapport au mandat précédent, où elle se situait au dessus de 40%.

 SHAPE \* FUSIONFORMAT 

Les figures ci-dessus indice à gauche, l'histogramme des montants demandés, à comparer à droite avec ceux distribués.

8 propositions ont reçu plus de 30 k¬ , 8 entre 20 et 30 k¬ , 10 entre 15 et 20 k¬ , 30 entre 10 et 15 k¬ et 36 ont reçu moins de 10 k¬ .

Le montant moyen attribué oscille entre 12.5 et 14 k¬ .

La durée du financement demandé se repartit comme ceci:

2002 27 propositions retenues : 9 sur 1 an, 15 sur 2 ans, 3 sur 3 ans voire plus
2003 19 propositions retenues : 12 sur 1 an, 7 sur 2 ans
2004 25 propositions retenues : 9 sur 1 an, 16 sur 2 ans
2005 17 propositions retenues : 5 sur 1 an, 10 sur 2 ans, 3 sur 2 ans

En moyenne, les propositions sont financées pour 1.67 ans.

3. Financements des propositions par thèmes et impact en terme d'investissement humain

Voici maintenant, la répartition des projets reçus et retenus par thème. Année par année, figurent le nombre de projets, la somme totale obtenue et l'équivalent temps plein des chercheurs impliqués.

2002200320042005nbk¬ etpnbk¬ etpnbk¬ etpnbk¬ etpBiosph.9/1316225.48/119628.47/1095217/98416.8Océan5/737 8.72/322 2.71/2101.53/445 6.6Terre sol.7/97413.74/64222.55/672123/624 8.2Atmosph.3/47414.54/64515.39/1077253/628 5.3SHS-Urb3/43212.51/314 43/455111/23010.5
Au-delà de l'aspect légèrement rébarbatif de ce tableau, on peut remarquer que la communauté biosphère (dans laquelle sont englobées les surfaces continentales et l'hydrologie) reste le client dominant du programme. Il y a sûrement un peu d'historique dans ce fait, mais aussi probablement un reflet des difficultés méthodologiques existant encore en matière de télédétection de la biosphère. On peut aussi noter une diminution des projets relevant de l'océanographie, ceci étant expliqué à la fois par la maturité de capteurs tel l'altimétre et par le transfert de cette communauté vers le Tosca. La communauté "Sciences Humaines", qui recouvre essentiellement l'urbain, reste peu impliquée dans le programme en dépit de l'atelier organisé.

En terme d'équivalent temps plein, en moyenne 70 etp de personnel permanent par an travaillent sur des projets financés par le PNTS. Si l'on extrapole les statistiques du questionnaire, il faut rajouter entre 7 et 10 thésards par an, ce qui n'est pas négligeable.

Atelier Très haute-résolution: Orféo

Dans le cadre du programme préparatoire d'exploitation des données du futur système ORFEO, le PNTS a été chargé d'organiser deux ateliers de travail : le premier en vue de la définition des besoins des futurs utilisateurs, et le second pour la définition des méthodologies à développer de façon prioritaire (dans le cadre de ce programme). Cette annexe vise alors à rappeler brièvement les caractéristiques de ce futur système, et donner les conclusions des deux ateliers précédemment cités.
Caractéristiques d'ORFEO
Le système ORFEO est un système d’observation dual « optique » et « radar », incluant, pour la partie optique « Pléiades HR », deux satellites Haute Résolution sous la responsabilité de la France (et dont le lancement était prévu en 2008-2009), et, pour la partie radar « Cosmo-SkyMed », 4 satellites « tout temps » sous la responsabilité de l'Italie (lancement 2005-2006). ORFEO est donc dual au sens où il est l'ensemble de deux constellations de satellites. Il s'agit également une mission duale car capable de satisfaire à la fois des objectifs de défense et des objectifs civils. Enfin, ce système sera premier système spatial européen non militaire adapté à la satisfaction des besoins de sécurité civile.

Concernant « Pléiades HR », les principales caractéristiques techniques sont :
pour la partie satellite :
• Un temps de revisite de moins de 24 heures grâce au déploiement de 2 satellites ;
• Une capacité journalière de 250 images par satellite ;
• Une agilité du satellite offrant la possibilité d’imagerie stéréo et tri-stéréo ;
• Une précision de localisation allant jusqu'à 12 m (avec 90% de confiance), ou 24 m (avec 99,7% de confiance) dans le cas d’un MNT parfait.
pour la partie capteur :
• Une trace de 20 km au nadir ;
• Une résolution en panchromatique meilleure que 1 m (0.70 m au nadir) ;
• Quatre bandes spectrales caractérisées par :
• Une résolution quadruple de la résolution en mode panchromatique,
• Les mêmes fréquences que celle de l'actuel SPOT/HRVIR, avec en supplément un canal 'bleu' (afin de pouvoir restituer des pseudo couleurs naturelles)
La partie « Cosmo-SkyMed » est elle caractérisée par un temps de revisite de moins de 12 heures grâce au déploiement de 4 satellites, des angles d'incidences allant de 25° à 50°, et différents modes opératoires :
• mode "Frame" : résolution 1 m, trace large de 10 km, polarisation HH ou VV ;
• mode "Himage" : résolution 5 m, trace large de 60 km, HH, VV, HV ou VH ;
• mode "Wide region" : résolution 30 m, trace large de 100 km, HH, VV, HV ou VH ;
• mode "Huge region" : résolution 100 m, trace large de 200 km, HH, VV, HV ou VH ;
• mode "Ping Pong" : résolution 15 m, trace large de 30 km, deux polarisations parmi HH, VV, HV et VH.

En résumé, les caractéristiques concourrant à faire d'ORFEO un système original sont : la haute résolution spatiale optique et radar, la qualité géométrique et radiométrique des données, et l'acquisition conjointe optique / radar. Ces spécificités techniques impliquent de nouveaux développements méthodologiques (produits, …) à savoir notamment : la définition, le développement et la validation de nouvelles méthodes de traitement, et l'adaptation et consolidation de méthodes existantes. Les développements méthodologiques doivent se faire en liaison étroite avec l’utilisation (opérationnelle, scientifique, ...), notamment pour ce qui concerne la spécification de produits (utilisation, performances) et leur validation, et la préparation de l’intégration des données et/ou produits d’ORFEO dans des systèmes opérationnels (modèles, SIG, bases de données, …) ou chaînes de commandement. Les deux ateliers programmés ont ainsi cherché à établir des « binômes » entre équipes méthodologiques & équipes d’application.
Conclusions de l'atelier « futurs utilisateurs d’ORFEO » (1-2 avril 2003)
Cet atelier avait pour objectif l'expression des besoins des utilisateurs. Il a vu des présentations des domaines suivants : la défense, la sécurité civile, la cartographie, l'hydrologie, l'agriculture et la forêt, la géophysique (géologie, géodynamique, vulcanologie, séismes), et l'environnement marin. Les deux tableaux suivants donnent les bilans obtenus en termes de besoins, produits et méthodes en 2D et en 3D (outre les pré-traitements sur les nuages, les ombres et l'inter-étalonnage des différentes images…) :

Classe de méthodeindicateurs / produitsExemples d'applications potentiellesclassification / segmentation 2D
(multitemporelle, multisource…)réflectances, textures, structurescartographie des peuplements forestiers (2 à 3 images sur l'année)
cartographie des cultures et/ou des pratiques culturales (1 image /mois).
cartographie cadastreextraction -reconnaissance d'objets 2Dstructures, linéairescomptage d'arbres
études agro- environnementales, évolution des paysages (suivi pluriannuel)
cartographie des marais, fossés, canaux…
étude du trait de côte (suivi annuel à mensuel)
suivi (décennal) des faillesdétection de changement 2Dréflectances, texture, structurescartographie de dégâts tempête, incendie, insectes…, suivi des coupes bois (suivi mensuel à hebdomadaire)
agriculture de précision : détection d'anomalie, décision de fertilisation, irrigation… (suivi hebdo. à journalier)
contrôle de qualité de bases de donnéessuivi d'objets 2Dstructures, objets déformablessuivi de turbidité
déplacement / modification d'"objets" (délais de qques jours pour la sécurité civile à qques heures pour les militaires)
Classe de méthodeindicateurs / produitsExemples d'applications potentiellesreconstruction 3DMNT, MNT "sous couvert", MNEbaltimétrie des petits fonds, topographie des côtes
cartes des hauteurs d'arbres
cartographie des villes, hauteurs d'immeubles…détection de changement 3DMNT, corrélationévolution du trait de côte
mesures de déformations 3D (journalier à hebdomadaire) des volcans
mesures de déplacement de zones instablesFusion optique -radarMNT "très haute précision"définition des bassins versants, lits majeurs, mineurs

Conclusions de l'atelier Méthodologies ORFEO (22-23 mai 2003)

Les objectifs de cet atelier étaient (i) de faire un état de l'art sur les méthodes de traitement de données / réponse aux besoins utilisateurs, (ii) de définir des axes de travail. Les participants étaient les équipes scientifiques spécialisées en traitement de données (IGN, INRIA, ENST, CETP, ONERA, ENS Cachan, LASMEA, CNES, ...).

Les conclusions de cet atelier sont les suivantes. En 2D, l’amélioration de la résolution ne s’accompagne pas que d’avantages, puisque, pour certaines applications, certains bruits (bruits liés à la surface elle-même, comme des animaux dans un champ, et non au capteur) apparaissent désormais. Cependant, deux grands types de résultats sont attendus :
l’amélioration de la description des surfaces notamment par une approche orientée objet-attribut (et non plus pixel-attribut), et dans la perspective de la description de scène (plutôt que d’image),
l’amélioration de la description de l'évolution des scènes notamment par une quantification de l’évolution des attributs (géométriques, i.e. forme, et radiométriques) des objets.

Quatre axes de travail ont alors été définis :

Axe 2D-1 : problèmes liés aux aspects multi-échelles, multi-résolutions, et au couplage avec des données exogènes (incluant problèmes de recalage, fusion de données, spatio-cartes, ...). Plus précisément, cet axe a été décliné selon trois sous-thèmes : recalage, analyse multi-résolution, et assimilation, le premier point étant à voir à plus court terme que les deux suivants.

Axe 2D-2 : analyse des données SAR THR bande X. Cosmo-Skymed offrira des caractéristiques jusqu’ici peu répandues, notamment la résolution variable qui peut atteindre le mètre selon le mode d’acquisition, la réflectivité en bande X dans les différents modes et les différentes polarisations possibles, et la répétitivité différente de celle des satellites ERS. Des travaux sont donc nécessaires allant de la physique de la mesure à l'analyse de ces nouvelles données.

Axe 2D-3 : du pixel à l'objet : modèles et analyse d'images statiques ou dynamiques (incluant reconnaissance / mouvements / déplacements). La très haute résolution se distingue par la notion d’objet qui devient prépondérante avec l’amélioration croissante de la résolution des images satellitaires disponibles, objets qui peuvent être caractérisés par leur forme et pas uniquement par leur radiométrie spectrale. Par exemple, une zone urbaine n’est plus décrite par une micro-texture spécifique mais par une collection d’objets (bâtiments, arbres,…). De même, le bruit ne peut plus être modélisé par une distribution au niveau pixelique (bruit de capteur) mais peut avoir une structure géométrique (véhicule sur une route, animaux dans un champ, …). Par ailleurs, ce type de résolution induit l’apparition de nouvelles textures. L’échelle des textures suit bien entendu la résolution. La très haute résolution fait donc apparaître des macro-textures (sillons dans un champ, arbres dans un verger, …). Plusieurs échelles de textures cohabitent.

Axe 2D-4 : de l'objet à la scène : modèles et analyse d'images statiques ou dynamiques (incluant mouvements / déplacements). L’objectif général est d’arriver à proposer des outils d’aide à l’interprétation d’images ORFEO (HR optique et radar) avec une prise en compte des relations entre les objets présents dans la scène. En particulier, des outils pour l’indexation d’images par leur contenu seront proposés.
En méthodologies 3-D, trois axes ont été définis.

Axe 3D-1 : modèles 3-D en milieu urbain à partir d'imagerie optique. Cet axe concerne les travaux sur la constitution des modèles tridimensionnels à haute résolution et en particulier dans le milieu urbain en imagerie optique, ainsi que des travaux sur la modélisation, la représentation et la visualisation de ces données ; la prise en compte des effets fins de photométrie, la constitution d’ortho-photographie avec correction des effets de perspective sur les bâtiments.

Axe 3D-2 : caractérisation des déformations. Cet axe recouvre l'étude des phénomènes en mouvement : déformation, évolution et en particulier l’étude des processus difficilement observables aujourd’hui en raison de la pente du terrain sur lesquels ils se situent et/ou du couvert végétal. C’est en particulier le cas de l’étude des glaciers alpins ou le suivi des mouvements gravitaires (glissements de terrain, effondrements, laves torrentielles). Les deux modalités optique et radar sont ici concernées.


Axe 3D-3 : modèles 3-D à partir de données radar ORFEO. Cet axe concerne en particulier l’étude fine des effets de la haute-résolution sur l’imagerie de bâtiments isolés ou du milieu urbain dense en imagerie radar. Le rôle des divers outils (radargrammétrie, interférométrie) dans la mesure du relief, la mise en place de techniques collaboratives entre domaine optique et radar.
Soulignons qu'un point transverse au 2-D et au 3-D est l'exploitation conjointe des données optiques et radar. Enfin, les axes précédemment cités concernent des travaux jugés prioritaires, mais dans les deux groupes de travail (2D et 3D) l’importance de certaines études fondamentales (mais non strictement liées au programme ORFEO), comme les techniques d’échantillonnage irrégulier, la fouille de données dans les très grandes bases, a été souligné.


Atelier occupations et usages des sols (LUCC-France)
CNES Paris– 24-25 juin 2004

 
Contexte et objectifs de l'atelier

Dans le cadre de l’opération de prospective de sa division « Sociétés et Environnements », l'INSU avait engagé fin 2003 une réflexion sur une quinzaine de thèmes relevant du domaine des relations sociétés-environnements, et impliquant une large communauté scientifique, afin de définir sa politique scientifique pour les quatre années à venir. Le thème "Transformations actuelles des surfaces terrestres" avait été retenu afin de donner un nouvel élan à la communauté « LUCC » en France. Le travail de réflexion collective mené sur ce thème, dont la synthèse a été présentée lors d’un colloque de restitution en février 2004, a permis d’une part de dégager des axes-clé de recherche impliquant différents départements du CNRS ainsi que des équipes de l’INRA, de l’IRD et de l’ENGREF/ CEMAGREF et d’autre part d’émettre des propositions de moyens à mettre en œuvre pour mener ces recherches à bien. Les questions-clé de recherche qui ont été identifiées par le groupe travaillant sur le thème « Transformations actuelles des surfaces terrestres : Contribution française au programme LUCC », sont articulées autour des trois grands axes du programme LUCC (Références « Science Plan » et « Implementation Strategy», IGBP report 48/IHDP report 10, 1999) :

Axe 1 - Dynamique de l’utilisation des sols- Etudes de cas comparées ;

Axe 2 - Dynamiques spatio-temporelles des changements d’occupation des sols à un niveau régional et continental ;

Axe 3- Modélisation diagnostique et pronostique.

Or, quelque soit l’axe considéré, les questions de recherche identifiées soulèvent des problèmes d’ordre méthodologique et/ou technique relevant souvent de la communauté des chercheurs spécialisés en traitement des données de télédétection (notamment images à basses, moyennes et très hautes résolutions spatiales, optiques, ou radar).

L’objectif de l’atelier PNTS/LUCC organisé par le CNES était de favoriser l’émergence d’une communauté LUCC/LAND France à travers le développement de liens entre chercheurs des différents départements du CNRS et des organismes tels que l’INRA, l’ENGREF/CEMAGREF ou l’IRD afin de développer des méthodes et mutualiser des savoirs et des savoirs-faire (détection et modélisation des changements, conduite des procédures, connections et interfaces de modèles scientifiques, méthodes et protocoles d’évaluation, etc.).
 
Synthèse de l'atelier

L’Atelier LUCC - France s’est déroulé en trois phases :
Phase 1 : Expression des besoins des chercheurs thématiciens (SHS, SDV, SDU) en termes d’observations spatiales (données, précisions, couvertures spatio-temporelles des missions satellitales, etc.) et de « produits attendus » (cartes d’intensité et types de changements, trajectoires de changements, etc.).
Phase 2 : Présentations par les chercheurs spécialisés en traitement d’images (STIC) sur l’état de l’art concernant les méthodes et techniques utilisés en télédétection autour de trois thèmes principaux: (i) les indicateurs de changement ; (ii) la détection des changements; (iii) l’assimilation des données de télédétection dans les modèles de changements d’occupation des sols, et des modèles hydrologiques, agronomiques, climatiques, etc...
Phase 3 : Synthèse des présentations et tenue d’un débat sur l'élaboration d’axes prioritaires de recherche favorisant la visibilité des travaux et les ambitions du groupe « LUCC – France » vis à vis des programmes internationaux (e.g. IHDP, LUCC et LAND, etc.) nationaux (e.g. PNTS, ECCO, Zones Ateliers, etc.). Identification des équipes susceptibles de s’impliquer dans ces recherches et définition de la stratégie d’obtention des financements des travaux.

Les deux premières phases ont permis de prendre connaissance des attentes des chercheurs thématiciens et des savoir-faire des chercheurs « traiteurs d’images » de télédétection et modélisateurs. La troisième phase a permis d’identifier les développements et/ou adaptations méthodologiques à développer prioritairement dans le cadre des recherches menées sur les changements d’occupation et d’utilisation des sols en fonction de deux thèmes :

Thème 1 : « Détection et analyse du Changement »

Les thèmes prioritaires de recherche ont été définis à partir des constats suivants : (1) La plupart des changements non résolus sont diffus spatialement et se produisent à un rythme lent ; (2) on ne sait pas encore bien détecter les changements, et encore moins les qualifier ; (3) La nature de ces changements, leurs causes et conséquences sont généralement mal connus ; (4) La plupart des recherches menées par les chercheurs français se situent à une échelle locale, régionale voire nationale (très peu globale).

Les thèmes identifiés comprennent d’une part les changements d’occupation et d’utilisation du sol lents et diffus (e.g. changements dans le système de rotation des cultures, enfrichements, dégradations ou dépérissements forestiers…) et d’autre part les changements brutaux (« Hot spots ») à différentes échelles spatio-temporelles.

Les principaux problèmes méthodologiques identifiés pour détecter ces types de changements sont la discontinuité des observations et des instruments, la non correspondance entre le rythme des changements et celui de l’acquisition des données d’observation de la Terre (en ce qui concerne les changements diffus par exemple, la couverture totale des surfaces par des données à haute ou très haute résolution est impossible), et l’exploitation de mesures extensives (représentativité, extrapolation à d’autres sites…). En outre, la détection de ce type de changements nécessite le développement de stratégies multi-résolutions (Modèles de changement d’échelles entre la basse, la haute et la très haute résolution, fusion multi-capteurs de type optique/radar…)

Thème 2 « Modélisation et Prevision Prédiction du Changement »

Le développement de modèles est nécessaire pour tester des hypothèses sur les dynamiques de changements, produire et analyser des scenario de changements d’occupation des sols, et aider à la décision par exemple dans le cadre de politiques publiques.

Notons que ce premier échantillon de questionnements – nécessairement limité par le nombre des intervenants - ne reflète que partiellement l’ensemble des thématiques d’intérêt dans ces communautés scientifiques et demanderait donc à être complété.

Diversité des processus & des objectifs

Cependant ces dynamiques de changement présentent une très grande diversité de processus en jeux et des objectifs scientifiques très différenciés selon les disciplines impliquées.

En particulier l’approche économique se préoccupera de la possibilité d’une anticipation du comportement des divers acteurs alors que les biologistes souhaitent évaluer les conséquences à diverses échelles d’espace et de temps des changements d’occupation des sols, notamment sur les écosystèmes. Les pratiques agricoles ne voient pas leur impact limité aux seuls écosystèmes mais l’ensemble des enjeux environnementaux reste à identifier puis à soumettre à évaluation. Au-delà de ces problématiques, l’agronomie se préoccupe aujourd’hui aussi de la gouvernance territoriale à l’élaboration de laquelle l’information satellitaire, spatiale et temporelle, offre la hauteur de vue (et de résolution) nécessaire.

De son côté la géographie urbaine est pressée par l’analyse des évolutions actuelles des milieux urbains et par les divers impacts environnementaux urbains et extra-urbains de ces développements (avec en plus des dynamiques spécifiques dans les zones frontières urbain/rural) mais encore par la conception de la « ville du futur ».

La problématique de la gestion de l’eau – ressource est quant à elle multiforme (questions liées aux normes et à la réglementation, au statut de la ressource mais aussi à l’accès aux services, à l’intervention de nombreux acteurs des secteurs publics et privés, etc.) et l’apport de la télédétection spatiale à cet objectif reste en grande part à construire.
Lors de l’exposition de ces thématiques, plusieurs points ont été repérés comme étant récurrents et pourtant peu étudiés, en particulier le besoin d’identification des divers effets induits par les changements d’occupation et d’usage des sols ainsi que l’importance de la fragmentation (ou mitage) des paysages et des milieux sur les dynamiques écologiques et socio-économiques.


Impératifs d’actions

D’un point de vue organisationnel, la nécessité d’établir un forum national de travail autour des questions de modélisation et prévision des changements a été fortement affirmée. Si la diversité des thèmes et leur complexité ne permet pas d’envisager le développement d’une plate-forme commune de modélisation, si par ailleurs le développement des travaux de la communauté française doit s’appuyer sur l’expérience acquise par d’autres groupes étrangers et avoir – lorsque cela est possible – recours aux modèles existants labellisés par LUCC, il reste néanmoins impératif de :

Travailler en commun les notions de « processus » (dans leurs dimensions spatio-temporelles) ;
Définir les informations & concepts utilisés (construction d’ontologies, nomenclatures, etc.) pour ancrer un travail interdisciplinaire rigoureux;
Echanger les expériences de développements de modèles  (avec possibilité d’éventuels transferts de compétences) ;
Renforcer les initiatives à l’interface de plusieurs thématiques et/ou disciplines Etc.

Enfin les thèmes prioritaires identifiés sont de trois ordres et complémentaires, à savoir :

la modélisation des dynamiques d’occupation et d’usage des sols ;
l’analyse de bases de données complexes (télédétection satellitaire, données de terrain ; résultats d’enquêtes de terrain) ;
l’assimilation de données de télédétection dans les modèles.

L’atelier PNTS/LUCC a permis de créer un échange interdisciplinaires entre des chercheurs thématiciens appartenant à différents organismes (CNRS départements SHS, SDV,SDU ; INRA ; CEMAGREF ; IRD) et des chercheurs relevant des STIC autour des développements méthodologiques requis dans le cadre des recherches portant sur les changements de l’occupation et de l’utilisation des sols.

Une communauté « LUCC/LAND France » est actuellement en émergence autour de deux axes de recherche prioritaires, les Changements lents et diffus Changements brutaux (« Hot spots ») à différentes échelles spatio-temporelles. Plusieurs coopérations sont enclenchées sur ces axes à travers des réponses communes à des appels d’offres (Programme ADD par exemple).

Des actions stratégiques de soutien vis-à-vis de programmes nationaux et internationaux sont en cours. En particulier, le soutien du PNTS devrait permettre, à travers des développements méthodologiques, d’étendre l’usage d’images provenant de nouveaux capteurs et de capteurs multi-résolutions dans les recherches portant sur les changements d’occupation et d’utilisation des sols.

Synthèse du questionnaire


Exactement 100 projets ont été financés en 4 ans (mandat 2001 à 2004), correspondant à 73 proposants différents. Nous avons reçu 32 réponses correspondant à 45 projets soit 44%, ce qui parait très modeste mais semble correct par rapport à d'autres types d'enquête et suggère que l'on puisse extrapoler les résultats avec évidemment toujours les précautions d'usages.
La majorité des réponses sont intéressantes notamment en ce qui concerne le bilan et la prospective et ont été exploitées par les responsables de thèmes pour structurer et synthétiser leur partie. Cela permet d'avoir une vision plus large et représentative que celle du comité scientifique. Certaines questions ont permis à ceux qui relèvent d'un tel programme de s'exprimer. Il faut évidemment nuancer l'enthousiasme des réponses en ce qui concerne les critiques au programme car le questionnaire n'a été envoyé qu'aux heureux proposants retenus.

Il ressort clairement la nécessité de conserver des programmes nationaux souples, faciles d'accès contrairement à d'autres sources de financement, permettant de financer des "petites équipes" ou des "projets émergents". Ce n'est pas pour autant que certains ne se sont pas plaints d'un financement insuffisant ne permettant pas la construction d'un projet de grande envergure via un programme national.

La spécificité "méthodo" du programme est appréciée. Une part importante des proposants se revendique "méthodologiste" en plus de leur thème de rattachement scientifique et un tiers des proposants ne relève que du PNTS. Certaines réponses nous encouragent à renforcer notre rôle fédérateur et nous suggère par exemple d'assurer l'interface entre la communauté scientifique et le CNES pour faire remonter les difficultés rencontrées par la communauté.

Voici repris en détail la synthèse générique aux questions. Ne figure ici que les réflexions et commentaires récurrents et généraux, indépendants d'un thème donné. Les réflexions spécifiques sont reprises dans le texte du bilan et prospective.

A- Ventilation des projets PNTS

1) Quel est votre thème scientifique ?
- Biosphère, surfaces continentales, hydrologie [14]
- Atmosphère [6]
- Océanographie [5]
- Terre solide [2]
- Glaciologie [4]
- Méthodologie [14]

On tombe à peu près sur les mêmes proportions que les demandes (au léger biais "glaciologie" près!). Il est intéressant de remarquer que 14 proposants se revendiquent "méthodologie" en plus de leur thème de rattachement scientifique.

2) Relevez-vous d'autres programmes nationaux (si oui, lesquels) ou du TOSCA ?
9 proposants (28%) ne relèvent d'aucun autre programme ni du Tosca. Parmi les programmes nationaux desquels relèvent les proposants on peut citer par ordre d'importance le PNRH et le PATOM, puis le PNEDC, Jason, le PNP, le PNEC, les ACI mais surtout le tosca (8).

Si ces résultats sont extrapolables, cela signifie qu'un petit tiers de la communauté "télédétection" ne relève que du PNTS, mais qu'un quart émarge aussi au Tosca.

3) Quels sont vos instruments de télédétection de prédilection ?
L'équilibre optique – hyper-fréquence est presque parfait. Les proportions sont identiques aux demandes, avec une majorité d'utilisateur de SAR, SPOT, modis, polder, meris, calipso …et un IRT, 1 GPS, 2 gravi, 1 hyperspectral, 2 altimètres …

4) Quelles sont les questions scientifiques auxquelles vous essayez de répondre (en 2 lignes)
Les réponses à cette question seront détaillées dans les bilans thématiques. Les réponses se scindent en quelques groupes intéressés par la caractérisation d'un objet (sol, couvert végétal, aérosol, nuage …), ou par l'amélioration méthodologique ou algorithmique pour une meilleure description de l'objet déjà caractérisé : ces groupes travaillent donc essentiellement sur des capteurs éprouvés et ont une démarche inverse. D'autres groupes sont plus spéculatifs et s'intéressent soit à l'exploitation des nouvelles caractéristiques des capteurs fraîchement lancés soit à la potentialité de nouveaux concepts (souvent "planéto").
On ne retrouve pas la dualité "physique de la mesure" et "traitement du signal" (une seule réponse) telle que présentée dans l'appel d'offre.

B- Bilan

5) En quelle(s) année(s) avez-vous été financé et pour quel montant ?
Peu d'intérêt statistique ! Quoique.
73 proposants ont fait 100 propositions en 4 ans (1,37 propositions/4ans), ici 32 proposants ont écrit 45 projets (1.40 /4ans, donc l'échantillon n'est pas trop biaisé), 21 ont répondu qu'une fois, 9 deux fois, 1 trois fois et 1 quatre fois en quatre ans …. Donc, en moyenne, la communauté concernée répond au PNTS et est financée tous les 3.42 ans.
D'après les statistiques générales, sur les trois ans d'exercice 30 projets étaient sur 1 an, 38 sur 2 ans, 3 sur 3 ans, soit en moyenne sur 1.6 ans. C'est cohérent avec la proportion qui dépend d'autres programmes.
En revanche, peut-on conclure que la durée idéale moyenne d'un projet doit être de 1 ou 2 ans et que l'appel d'offre doit être annuel (puisque le temps moyen entre le dépôt de deux dossiers est proche de 3 ans …) ?

6) Résumez vos travaux financés par le PNTS tels que vous souhaiteriez les voir apparaître dans le bilan (quelques lignes)

voir bilan général

7) Décrivez en quelques lignes la conclusion qui découle de ces travaux.

voir bilan général

8) Indiquez les publications et thèses qui découlent des travaux financés par le PNTS.
101 articles de rang A ont été déclarés (pour 45 projets) soit une moyenne de 2.24 articles par projet. Le taux est très honorable mais ne signifie pas forcement grand-chose, certains articles pouvant être cités dans plusieurs projets. A noter que théoriquement, peu de papiers correspondant aux projets 2004 peuvent être soumis aujourd'hui …
La question pour les thèses était mal posée, la plupart des proposants l'ont rectifiée et mentionnent probablement le nombre de thèses effectuées dans le cadre de projets PNTS, soit 16 ou 0.35 thèses par projet..

9) Votre projet PNTS vous a-t-il permis de construire un projet de plus grande ampleur (européen par exemple)
16 ont répondus non à cette question, 3 ont déposés des projets qui étaient déjà dans un cadre plus vaste pour financer leur partie. Parmi les 10 qui ont répondu oui, le projet de plus grande ampleur était le financement d'une thèse, la collaboration avec une autre structure française ou étrangère, le montage d'un projet RTE, la participation à AMMA …
Un seul proposant a monté un projet européen à la suite directe d'une demande au PNTS. Il ressortira à une autre question, que le rôle attendu d'un programme n'est pas tant l'aide à monter un projet que celle à développer une idée nouvelle.

10) Indiquez les problèmes que vous avez rencontrés (par ex. financement insuffisant, manque de données, données non adéquates, difficultés non anticipées dans l'analyse…)
En grande majorité (12 réponses), les problèmes rencontrés viennent des données, soit parce qu'elles ne sont pas assez précises ou franchement mauvaises soit parce qu'elles ont été acquises avec du retard (d'où un problème de phasage avec des mesures in situ ou pour une période particulière souhaitée), soit parce qu'elles ne sont toujours pas disponibles et distribuées.
Ressort des problèmes récurrents avec des données ESA, notamment celles d'envisat, mais aussi de Grace et de programmation SPOT (au moins deux proposants n'ont pas pu acquérir ce qu'il souhaitait alors que le projet était financé). (le Cnes peut-il faire remonter ces problèmes?).
Le deuxième problème rencontré (8 réponses) vient du financement soit insuffisant soit tardif (et "remonté" tout de suite). Quelques reproches aussi touchent la non-souplesse du budget ne permettant pas de faire ce que l'on veut (surtout payer des vacations) ainsi que de la complexité à faire des demandes parallèles pour avoir un budget conséquent.
Enfin, certains soulignent le problème de main d'œuvre pour dépouiller les données et de gestion de données lourdes, de difficulté de mission terrain de validation. Deux réponses soulignent le problème inhérent à la thématique "risque", à savoir le temps de réaction qui doit être rapide contrairement aux délais d'acquisition des données.

C- Prospective

11) Quels sont à votre avis, les besoins de développements méthodologiques encore nécessaires pour atteindre vos objectifs ?
Ressort en premier le besoin de mieux caractériser le signal radar et optique (polar, incidence, longueur d'onde). Ressort aussi des besoins d'améliorer l'assimilation de données (6 réponses), le développement de codes numériques rapides, la fusion de données, mes méthodes de désagrégation, les techniques de filtrage, l'inversion de données pour un objet spécifique et les techniques de corrélation d'images.
La limite peut être aussi due à une mauvaise caractérisation ou connaissance de certains paramètres (par ex. les modèles numériques de terrain, ou validation terrain). Enfin, il a aussi été noté que certaines techniques poussées demandent une connaissance parfaite du comportement du capteur ce qui est fréquemment difficile à trouver.

12) Qu’attendez-vous des capteurs qui seront lancés au cours de la prochaine décade ? Quels sont, à votre avis, les besoins associés en développements méthodologiques ?
La liste des capteurs attendus est longue et souvent liée à une thématique donnée. Citons SMOS, Goce, Calipso, le SAR polar bande L qui sont le plus cités.
En ce qui concerne les attentes, c'est l'amélioration de la résolution spatio-temporelle qui ressort très nettement sur plusieurs thématiques différentes ainsi que la meilleure information spectrale, la synergie actif/passif, la très haute résolution spatiale à un prix abordable et la continuité de l'observation. Pour certains capteurs nouveaux (Grace par ex) c'est la continuité des observations afin de pouvoir exploiter des séries temporelles longues.
En ce qui concerne la méthodologie associée, ressort la non-linéarité des techniques devant l'amélioration de la résolution spatiale (par ex la corrélation d'image ne peut plus se baser sur la même physique en métrique), ainsi que le besoin d'optimiser l'information spatio-temporelle et spectrale. Est aussi noté le besoin d'exploiter l'information bi-directionnelle.
Enfin, certains espèrent plus d'adaptabilité des capteurs futurs aux objectifs scientifiques.

13) Avez vous des critiques ou des recommandations à adresser au PNTS ? Qu'attendez-vous du PNTS pour favoriser l'initiation de nouvelles recherches et le montage de projets concertés.
Il ressort le rôle clé du PNTS en télédétection et méthodologie, mais pour les réponses à cette question il peut y avoir un biais certain. Il ressort aussi clairement la nécessité des programmes nationaux souples, faciles d'accès contrairement à d'autres sources de financement, permettant de financer des "petites équipes", n'ayant pas atteint la taille critique ou des "projets émergents". Il a été aussi souligné que le développement méthodologique peut être long et difficile à "valoriser" et dans ce sens un programme peut plus facilement cautionner ces recherches qu'une autre structure ayant des critères plus exigeants et l'on encourage le PNTS à maintenir un aspect méthodologique fort. Il a aussi été souligné à plusieurs reprises la caution scientifique que représente le PNTS pour monter des projets plus larges.
Ce n'est pas pour autant que certains ne se sont pas plaints d'un financement insuffisant ne permettant pas la construction d'un projet de grande envergure via un programme national. La non-possibilité de payer des vacations a aussi été souvent mentionnée comme un facteur limitant, ainsi que le formulaire qui pourrait être allégé et certains montages financiers pourraient être simplifiés.
Aussi il semble que la diffusion des résultats issus des projets financés ou de l'annonce des ateliers ne soit pas à la hauteur des attentes des chercheurs. On pourrait avoir là un rôle plus fédérateur. Notamment, il est souligné que le PNTS pourrait avoir un rôle auprès des agences spatiales ou de SPOT pour la qualité des données ou des acquisitions. A mon sens, le PNTS peut en effet servir de relais entre la communauté scientifique concernée et le CNES.
Plus spécifique au PNTS, est évidemment souligné fortement la concurrence avec le Tosca. Le rapport "membres et investissement du comité scientifique" sur le budget distribué est sans commune mesure avec celui du Tosca et les rapports ou les frontières entre le PNTS et le Tosca ne sont pas forcément clairs pour tout le monde.

14) Avez-vous d’autres commentaires ? (p. ex. des suggestions pour de nouveaux types de mesure depuis l'espace).
Peu de réponses à cette question. Certains nouveaux types ou concepts de capteur sont mentionnées en particulier le radar bande P avec Mimosa (!) et la roue interférométrique. Le besoin de nouvelles mesures pour accéder à des paramètres non mesurables depuis l'espace, par exemple la structure de la végétation, la diffusion Raman …. Le besoin de continuité dans l'observation est évidemment aussi mentionné.



APPEL A PROPOSITIONS 2005


1. INTRODUCTION
Le Programme National de Télédétection Spatiale (PNTS), reconduit pour quatre ans à compter de 2002, affirme son orientation vers des recherches ayant trait aux développements méthodologiques en amont des applications thématiques. Ces développements méthodologiques sont un préalable à la généralisation de l'utilisation des observations spatiales et à l'extension du champ d'application de la télédétection à des domaines encore inexplorés. Ils se placent avant la définition de nouvelles missions spatiales. Ils interviennent également pour préparer une exploitation optimale des nouvelles caractéristiques des capteurs satellitaires. Ils constituent donc un axe naturel et privilégié du PNTS et situent celui-ci en amont des programmes thématiques.
Le PNTS concerne les techniques d’observation de la Terre et les développements pour l’utilisation thématique des données et produits qui en sont dérivés. Les techniques de mesure permettent de caractériser la surface, l’intérieur, et les enveloppes fluides de la Terre. Les disciplines scientifiques concernées relèvent de l’étude des surfaces continentales, de la physique et la biogéochimie océaniques, de l’atmosphère, de la terre solide, de la cryosphère, et des recherches dans le domaine des sciences humaines. Pour toutes ces disciplines, y compris la biosphère continentale, seules seront prises en compte les propositions faisant appel à des développements méthodologiques.

Le PNTS encourage les échanges et transferts d’expérience entre communautés impliquées dans des recherches sur les différents compartiments du système terrestre, et les collaborations interdisciplinaires autour de capteurs ou de méthodologies communs. Le PNTS souhaite renforcer son rôle fédérateur de la communauté scientifique utilisant les techniques spatiales autour des grands axes de recherche définis dans cet appel d’offres, et soutiendra de préférence les propositions « transversales» et coordonnées, sans pour autant exclure des propositions indépendantes de ces actions spécifiques.
A ce titre, le PNTS organise dorénavant des ateliers permettant à la communauté scientifique de faire le point et d'échanger des expériences sur des thèmes particuliers fédérateurs. Ainsi, un premier atelier sur les méthodes de traitement des données haute-résolution optique ou radar a été organisé en juin 2003, un atelier sur les problématiques liées à LUCC en juin 2004. Toute idée ou souhait d'atelier particulier peut faire l'objet d'une simple lettre d'intention.
Il est également possible de proposer au PNTS certaines composantes de projets pluridisciplinaires, dans la mesure où ces composantes répondent aux objectifs du présent appel d’offres. Il conviendra alors de présenter l’ensemble du projet, en identifiant les parties relevant spécifiquement du PNTS, et les autres sources de financement du projet (autres programmes nationaux, PCRD de la Commission Européenne, …).
L’appel d’offres du PNTS est focalisé sur deux axes :
- la physique de la mesure, la compréhension et la modélisation du signal, incluant les approches nouvelles, physiques ou mathématiques d'extraction de l'information à partir d’un ou de plusieurs instruments, ainsi que les travaux de validation associés. Ces recherches prennent un sens particulier lorsque des observations acquises à partir de nouvelles techniques de mesure sont attendues ou deviennent disponibles.
les traitements du signal : ces recherches incluent la définition de méthodes d’étalonnage des instruments, de corrections d’effets perturbateurs, d’inter-étalonnage de différents capteurs pour l’analyse des longues séries temporelles. Les travaux portant sur le développement de méthodes d'assimilation de données sont recevables dans la mesure où ils impliquent des développements sur les observations (définition de modes d’observation nouveaux, traitements particuliers des mesures). En revanche, ceux qui mettent en jeu des développements liés à la thématique elle-même sont considérés comme étant du ressort des programmes nationaux correspondants.

2. TERMES DE REFERENCE DU PROGRAMME POUR LA PERIODE 2004-2005
2.1. Physique de la mesure
Le PNTS souhaite recevoir des projets portant sur :
Les études de physique de la mesure, et notamment le développement de modèles d’interaction entre les ondes électromagnétiques et l’atmosphère ou les surfaces continentales ou océaniques, incluant l’acquisition des mesures in situ de données géophysiques et radiométriques nécessaires au développement ou à la validation de ces modélisations ou algorithmes.
• Les travaux permettant la préparation de missions futures dans les domaines spectraux solaire, infra-rouge et micro-ondes (capteurs actifs ou passifs).
Les études visant à utiliser les nouvelles potentialités, encore sous-exploitées, offertes par les futurs instruments spatiaux : informations multi-spectrales, multi-angulaires, polarimétriques et interférométriques.
Les développements méthodologiques qui utilisent de nouveaux concepts ou de nouvelles techniques de mesure comme la très haute résolution spatiale, la haute répétitivité temporelle de mesure, les radars basse fréquence, la fluorescence, l’interférométrie, les techniques de corrélation d’images aussi bien en radar qu’en optique, les mesures lidar, les données hyper-spectrales, la polarimétrie, le bistatique….
Les développements méthodologiques associés à la validation des modélisations du signal (directes et/ou inverses) en précisant leurs domaines de validité (extension spatiale et temporelle, précision).
La combinaison, directe ou indirecte, des mesures acquises par divers instruments, à travers l'utilisation de modèles alimentés par des données de toute nature, qu'elle vise à atteindre des paramètres inaccessibles au moyen d'une seule source de données ou à améliorer la qualité des inversions. Dans ce contexte, les développements méthodologiques portant sur la combinaison d'imagerie optique et hyperfréquence, et de mesures passives et actives sont fortement encouragés.
Les études développant des procédures d’échantillonnage et de validation des mesures physiques.
2.2. Traitement du signal
Le PNTS souhaite recevoir des projets portant sur :
Le développement de nouvelles méthodes mathématiques d’interprétation, de classification et d’inversion reposant sur des approches physiques ou algorithmiques originales. Le développement de méthodes quantitatives facilement transposables ou généralisables est souhaité. Les méthodes associées à l’exploitation de données à très haute résolution spatiale (inférieure ou égale au mètre) sont fortement encouragées.
Le développement et la validation de techniques de traitement du signal susceptibles de déboucher sur de nouvelles applications (caractérisation des structures urbaines, de la pollution, des forêts, de l’occupation du sol, de l’environnement côtier, météorologie marine, entre autres).
L'analyse des relations entre échelles spatiales, l'intégration de variables (grandeurs physiques) de l'échelle locale vers des échelles plus larges, et inversement (agrégation, désagrégation), ainsi que les méthodes d’analyse spatiale de ces variables.
Le développement d’outils nouveaux, et notamment de techniques d’assimilation des observations spatiales, permettant d’ingérer les observations spatiales dans les modèles décrivant des phénomènes ou processus. Ces techniques permettent en effet l’exploitation de données provenant de capteurs couvrant des domaines de longueur d’onde différents ainsi que des données multi-temporelles et leur développement est encouragé. L’adaptation ou le développement de nouveaux modèles permettant d’assimiler des données spatiales pourront être pris en compte par le PNTS. Le PNTS encourage le développement d'assimilation multi-capteurs.
Les méthodes associées à l’utilisation des longues séries temporelles de données satellitaires acquises par différents capteurs, nécessitant en particulier des développements pour contrôler les dérives potentielles des capteurs et s’assurer de l’inter-étalonnage, de l’homogénéité des méthodes de correction et d’inversion, et/ou de la comparabilité des précisions sur les paramètres dérivés.
Les proposants sont invités à analyser avec précision la portée et les enjeux des travaux proposés en précisant notamment leurs champs d'application potentiels, leur intérêt pour les différents groupes ou organismes utilisateurs nationaux et leur perspective d'extension ou de généralisation. Par ailleurs, le PNTS incite les proposants à utiliser les données existantes, qu’elles soient satellitales ou résultent d’acquisitions lors de campagnes (terrain, aéroportées, ballons, …).

3. QUELQUES opportunites
Les proposants sont invités à prendre en considération un certain nombre d'opportunités dans le cadre des deux volets du programme. On peut citer, de façon non exhaustive :
- l’utilisation des données des instruments ou des missions qui constituent un enjeu national comme POLDER/ADEOS, SPOT5, VEGETATION, MERIS/ENVISAT, Météosat seconde génération (MSG) dans le domaine visible, l’altimètre (ERS, ENVISAT, TOPEX-POSEIDON ou Jason), le diffusiomètre ou le SAR (ERS, ENVISAT) dans le domaine des hyperfréquences.
- la préparation de missions ou la préparation à l’utilisation des données des missions comme ORFEO (PLEIADES HR + COSMOS-SKYMED), ASCAT, PARASOL (lancement prévu fin 2004) AMSU-A et IASI sur METOP (lancement prévu en 2005).
- la préparation de missions ou la préparation à l’utilisation des données des missions programmées et qui s’inscrivent dans le cadre de collaborations internationales. Les missions SMOS et ADM-AEOLUS (Lidar vent Doppler) de l’ESA, la mission CALIPSO développée en collaboration avec la NASA, la mission CLOUDSAT mise en œuvre par la NASA/CSA en 2005, les missions EOS/TERRA, AQUA et AURA de la NASA et les missions spatiales d'autres agences sur lesquelles les équipes françaises sont en position d'amener une expérience utile dans une recherche en coopération.
- les développements méthodologiques concernant l'utilisation des images de Radars spatiaux à Ouverture Synthétique (ROS), l’interférométrie Radar, l’exploitation des SAR multi-polarisation (ASAR d'ENVISAT) ou polarimétriques (RADARSAT2 et ALOS prévu en 2005), l'analyse de données haute-résolution (submétrique) bande X, et les études portant sur la combinaison d'images ROS et des images optiques, notamment SPOT, et dans le futur Pléiades HR, en particulier les techniques collaboratives entre domaine optique et radar pour l'étude fine des effets de la haute résolution sur l'imagerie d'objets, notamment en milieu urbain.
- les développements méthodologiques liés à l'exploitation pour la problématique 2-D de la haute résolution spatiale (submétrique) : la modélisation au niveau du pixel (mélange de distributions multimodales..), de l'objet et enfin de la scène, soit dans le cas "statique", soit dans le cas "dynamique" (détection de changement), et le développement de méthode multi-échelles et de couplage des données HR avec d'autres données (satellite, terrain…)
- les développements méthodologiques liés à l'exploitation pour des problématiques 3-D de la haute résolution : la constitution des modèles tridimensionnels HR en particulier dans le milieu urbain (constitution d'ortho-photographie avec correction des effets de perspective sur les bâtiments), et l'étude des phénomènes 3-D en mouvement ou déformation (glaciers, glissements de terrain, effondrements, laves torrentielles…).
- les études de définition des missions spatiales, par exemple les missions "Earth Explorer" de l'ESA, les missions ESSP (Earth System Science Pathfinder) de la NASA, les missions micro-satellite du CNES ou encore la mission Megha-Tropiques; le PNTS pourra également retenir des propositions contribuant à l’accompagnement scientifique de missions spatiales, en cours de développement ou programmées, qui peuvent intervenir en complément des actions financées directement par le CNES.
- les sujets sur les développements méthodologiques dans le cadre du traitement des données des nouvelles missions de mesure des champs de potentiel (gravité ou magnétisme) en cours (CHAMP, GRACE, OERSTED) et à venir (GOCE et SWARM). La prise en compte de l’ensemble des données de ces missions, de leur nouveauté avec la présence d’accéléromètres ou de gradiomètres spatiaux doit déboucher sur une réflexion globale de compréhension, d’intégration et de valorisation de l’ensemble des données disponibles sur les champs de potentiel quelles soient spatiales ou terrestres.
- l'utilisation des données du satellite DEMETER : en particulier l'élaboration de méthodes de recherche et d'analyse de signaux corrélés avec l'activité sismique ou volcanique dans les séries de mesures des différents capteurs composant la charge utile scientifique de DEMETER (capteurs magnétiques, électriques, sondes et capteurs d'analyse du plasma ionosphérique).
On portera une attention particulière aux développements méthodologiques (mono ou multi-capteurs, traitement de séries temporelles) associés à la caractérisation de l'occupation du sol et de sa dynamique. On se référera notamment aux besoins identifiés par le programme international « Land-Use and Land Cover (LUCC)» (  LIENHYPERTEXTE "http://www.geo.ucl.ac.be/LUCC" http://www.geo.ucl.ac.be/LUCC), ou suite à l'atelier organisé par le PNTS en 2004.

4. Instructions aux proposants
Le bon fonctionnement du programme repose sur la capacité des proposants potentiels à déterminer le cadre le plus adapté à la prise en compte de leur projet. Afin de leur faciliter la tâche, les frontières entre le PNTS et les autres programmes ou le TOSCA sont brièvement rappelées.
Les propositions portant sur de l’instrumentation lourde et sur des campagnes aéroportées ou ballons visant à étalonner et valider des instruments spatiaux, ainsi que les propositions faisant partie des programmes préparatoires à ces missions sont à soumettre au comité TOSCA du CNES. Les demandes portant sur de l'instrumentation peuvent aussi être adressées à la CSOA de l'INSU.
A l’opposé, les propositions ayant trait à l’utilisation de la télédétection, dans les domaines ne nécessitant plus de développements ou de validations particuliers ou exploratoires sont directement recevables par les programmes thématiques de l’INSU : PATOM, PNEDC, PROOF, PNEC, ECCO (PNRH, PNBC, ECODYN). En revanche, l'exploitation, même méthodologique, des missions GOMOS/SCIAMACHY/MIPAS de ENVISAT et ODIN ou TES/OMI/MLS sur EOS-AURA, ainsi que les campagnes aéroportées pour la chimie de l'atmosphère sont traitées au PNCA.
Ces différents programmes contribuent aux recherches sur un nombre limité de thèmes prioritaires et par conséquent sont susceptibles de rejeter certaines propositions. Pour éviter les malentendus, les proposants sont invités à porter la plus grande attention aux définitions "discriminantes" introduites dans les sections précédentes. En cas de doute, il est recommandé d'envoyer les propositions aux deux programmes. Des membres communs aux comités scientifiques concernés seront chargés d'assurer la communication entre le PNTS et les programmes thématiques.
Dans le cas, d’un projet soumis à plusieurs programmes, le PNTS souhaite examiner l’ensemble du projet scientifique et demande que la partie financière relevant du PNTS soit clairement identifiée.
Afin de faciliter le travail des proposants, le Comité a jugé souhaitable de rappeler les points suivants : les demandes de financement comportant des salaires ou d’indemnités ne sont pas recevables par le PNTS; en revanche les frais de missions, d’équipement ou de fonctionnement (publication, achat de données en provenance de tous capteurs…) le sont. Sur ce dernier point, les proposants sont invités à tenir compte des programmes de soutien à la communauté scientifique pour l’accès aux données spatiales (par exemple ISIS pour les données SPOT, http://medias.obs-mip.fr/ISIS/) Les demandes budgétaires doivent être argumentées et ne pas s'apparenter à des demandes de soutien de base. En ce qui concerne l'équipement informatique, seul l'équipement spécifique nécessaire au bon déroulement du projet est recevable.
Enfin, la mise en place par le Cnes et l'Insu des pôles de compétence thématique offrant des services et des accès aux données d'une thématique particulière (Ether pour la chimie atmosphérique, Icare pour les aérosols, nuages, rayonnement et cycle de l'eau, Postel pour les surfaces continentales) doit être prise en compte, le PNTS renverra vers ces instances les propositions qui y ont leur cadre naturel de réalisation.
DATE LIMITE DE DEPOT DES DOSSIERS : 10 décembre 2005 (délai de rigueur, aucun projet déposé en retard ne sera retenu) par courrier électronique à l’adresse suivante : martine.revillon@cnrs-dir.fr. Un exemplaire de la demande détaillée doit être envoyé par courrier postal revêtu de la signature du Directeur de laboratoire (adresse postale Martine Révillon INSU-CNRS BP 287 75266 Paris cedex 16)
Ils doivent être présentés sur les formulaires "Demande de financement" qui peuvent être obtenus sur le site web de l’INSU ( LIENHYPERTEXTE "http://www.insu.cnrs.fr/" http://www.insu.cnrs.fr/) ou auprès de Madame REVILLON à l'INSU (Tel: 01 44 96 43 67).
Des renseignements complémentaires peuvent être obtenus auprès de Frédérique Rémy, présidente du comité scientifique ( LIENHYPERTEXTE "mailto:frederique.remy@cnes.fr" frederique.remy@cnes.fr) ou de François-Marie Bréon, secrétaire ( LIENHYPERTEXTE "mailto:fmbreon@cea.fr" fmbreon@cea.fr). La liste des membres du comité scientifique est mise en annexe.


Liste des acronymes

Acronymes des différents capteurs satellitaires ou technique
AATSR: Advanced Along-Track Scanning Radiometer
ADEOS: ADvanced Earth Observing System
ALTIKA : Altimétrie en bande Ka
AMI; Active Microwave Instrument
ASAR: Advanced Synthetic Aperture Radar
ATSR: Along-Track Scanning Radiometer
AVNIR: Advanced Visible and Near-Infrared Radiometer
CALIPSO: Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations
CHAMP : CHAllenging Mission Payload
EOS-AM: Earth Observing System, Morning crossing.
ERS: European Remote Sensing satellite
ENVISAT: ENVIronmental SATellite
GOCE : Gravity field and steady-state Ocean Circulation mission
GPR : Ground Penetrating Radar
GRACE : Gravity Recovery and Climate Experimeny
IASI: Infrared Atmospheric Interferometer Sounder
Jason : altimetrie satellite en succession de Topex-Poseidon
MERIS: MEdium-Resolution Imaging Spectrometer
METOP: METeorological OPerational satellite
MISR: Multi-angle Imaging SpectroRadiometer
MODIS: MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer
OCTS: Ocean Color and Temperature Scanner
PARASOL : Polarization and Anisotropy of Reflectances for Atmospheric Science Coupled with Observations from a Lidar
POLDER: POLarization and Directionality of Earth’s Reflectances
RADARSAT: RADAR SATellite
SAPHIR : Sondeur Atmosphérique du Profil d’Humidité Intertropicale par radiométrie
SAR : Radar à synthèse d'ouverture (Synthetic Aperture Radar) SPOT: Système Pour l’Observation de la Terre
SWIMSAT :Surface Waves Investigation and Monitoring from SATellite
VGT: instrument VéGéTation


Acronymes des différents organismes et programmes

ACI : Actions Concertées Incitatives (Ministère de la recherche)
CSOA : Commission Spécialisée Océan Atmosphère
ECODYN : ECOtoxicologie et écoDYNamique des contaminants
INSU : Institut National des Sciences de l’Univers
PATOM : Programme National Atmosphère et Océan à Multi-échelles
PNBC : Programme National Biosphère Continental
PNEDC : Programme National d’Etude du Climat
PROOF : PROcessus biogéochimiques dans l’Océan et Flux
PNRH : Programme National de Recherche en Hydrologie
PNEC : Programme National d’Environnement côtier
PNCA : Programme National de chimie atmosphérique
TOSCA : Terre, Océan, Surfaces continentales, Atmosphère (CNES)



Programme du colloque

Programme du colloque du bilan et de prospective du PNTS
le 18-19-20 avril
au BRGM
45060 Orléans

inscription auprès de Martine Revillon
(martine.revillon@cnrs-dir.fr)



Lundi 18 avril

13h30 Inscription
14-14H30 Ouverture du colloque et Introduction

Session "Bilan et prospective sous l'angle des thématiques"

14h30-15h15 Sociétés et Environnement
Pierre Mazzega :Présentation générale
Marc Benoît: Télédétection spatiale, changements d'utilisation des terres et enjeux environnementaux

15h15-16h Biosphère
Laurent Prevot : Présentation générale
Jean-Pierre Wigneron : Suivi de l'humidité du sol par radiométrie micro-onde.
Développements méthodologiques dans le cadre de la mission SMOS.

16h-16h30 PAUSE

16h30-17h15 Terre solide
Alexis Rigo: Présentation générale
Christophe Delacourt:

17h15-18h Atmosphère
François-Marie Bréon : Présentation générale
Jacques Pelon: Calipso et l’Aqua-train : objectifs et perspectives

MARDI 19 avril

9h-9h45 Océan
David Antoine: Présentation générale
Marcel Babin: Etat de l'art sur l'algorithmique et l'utilisation des données "couleur
de l'océan"

Session "Bilan et prospective sous l'angle des méthodologies et capteurs"

9h45-10h30 Fusion
Catherine Ottlé : Présentation générale
Grégoire Mercier : Changement d'échelle entre SPOT végétation et HRVIR

10h30-11h PAUSE

11h-11h45 Assimilation de données
François Bouyssel : Présentation générale
Fabien Durand : Quelques perceptives de l'assimilation de données spatiales en océanographie physique.

11h45-12h30 Capteurs actifs non imageur
Marc Saillard : Présentation générale
Philippe Paillou : Modélisation de la rétrodiffusion radar de subsurface : cartographie de l'humidité et de la géologie.
Gabriel Soriano : Diffraction électromagnétique par des surfaces naturelles aux fréquences micro-ondes: simulations numériques pour la validation de méthodes approchées.

12h30 Déjeuner

14h-14h45 Capteurs actifs imageur
Rémi Michel : Présentation générale
Henri Maître : Titre non encore communiqué

14h45-15h30 Capteurs à très haute résolution
Didier Boldo : Présentation générale
Michel Roux : Reconstruction 3D à partir d'images satellites à très haute résolution

15h30-16h15 Capteurs grand champ (radiomètrie)
David Antoine: Présentation générale
Jérôme Riedi: Télédétection passive des nuages, des aérosols et de leurs interactions: en route vers un instrument idéal ?

16h15-16h45 PAUSE

16h45-17h30 GPS
Alexis Rigo: Présentation générale
Olivier Bock: Observation de la vapeur d'eau troposphérique à partir de réseaux GPS : méthodes et applications.

17h30-18h15 Gravimétrie
Olivier Francis: Présentation générale
Guillaume Ramillien: Hydrologie globale par gravimétrie spatiale Grace

18h30 cocktail



MERCREDI 20 avril

Session "Conclusions des ateliers organisés par le PNTS"

9h-9h30 Atelier Très Haute-Résolution
Sylvie Le Hégarat

9h30-10h00 Atelier Occupation et usages des sols (LUCC)
Laurence Hubert-Moy

Session "Conclusions du bilan et prospective "

10h-10h40 Conclusions
Hervé Jeanjean : Quelles perspectives pour les systèmes d'observation de la
Terre?
Frédérique Rémy : Quelles perspectives pour un programme dédié à la méthodologie spatiale ?

10h30-11h PAUSE

11h-12h30 Discussion générale

12h30 Fin du Colloque


 Land Use and Cover Change  LIENHYPERTEXTE "http://www.geo.ucl.ac.be/LUCC/lucc.html" http://www.geo.ucl.ac.be/LUCC/lucc.html
 Global Monitoring for Environment and Security  LIENHYPERTEXTE "http://www.gmes.info/" http://www.gmes.info/
 Land Use and Cover Change,  LIENHYPERTEXTE "http://www.geo.ucl.ac.be/LUCC/home.html" http://www.geo.ucl.ac.be/LUCC/home.html

  LIENHYPERTEXTE "http://www.insu.cnrs.fr/pj/document/195.pdf" http://www.insu.cnrs.fr/pj/document/195.pdf

 Exemples de questions de recherche identifiées lors de la prospective INSU: extension spatiale des surfaces urbanisées en pays développés ayant un impact sur le risque inondation; délimitation, caractérisation et suivi des zones humides représentant un enjeu fort pour la qualité de l’eau et la biodiversité ; éclaircissement des espaces forestiers face au risque incendie généré par la déprise agricole ; progression de la couverture hivernale des sols par la végétation face à l’érosion des sols et aux transferts de flux polluants liés à l’intensification de l’agriculture…

 Le programme LAND succèdera au programme LUCC de 2005 à 2015, et les questions de recherche identifiées par la communauté française d’insèrent bien dans le programme LAND, en particulier dans le Thème de recherche 1 « Land use and land cover dynamics ».
 Par ex. : entre études climatologiques et économie autour de l’utilisation des sols (plutôt que les politiques énergétiques) ; entre processus d’urbanisation et dynamiques des « franges » urbaines ; sur les mpacts « écologiques » des pratiques agronomiques, etc.










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