GEO-2522:Séances 2

Les plates-formes de télédétection

Qu’est-ce qu’une plate-forme de télédétection?

• Tout véhicule aérien ou spatial susceptible de porter un ou plusieurs capteurs de télédétection ainsi que d’autres instruments et appareils accessoires (systèmes de contrôle, de positionnement et de télémétrie, enregistreuses des données, etc.). Capteurs et appareillage accessoire est appelé la charge utile (payload).

• La plate-forme est un élément fondamental d’une mission de télédétection, elle se doit de:

- Supporter la charge utile et dans le cas d’une plate-forme dirigée (navette), le personnel (pilotes, techniciens);

- Assurer la plus grande stabilité des points de visée des capteurs;

- Fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement des appareils;

- Assurer les télécommunications;

- Protéger équipage et équipement de l’environnement dans lequel ils sont plongés (protection thermique, électrique, mécanique; protection contre les radiations pénétrantes; oxygène pour l’équipage).

Les plates-formes: typologie

- Celles qui opèrent à quelques mètres du sol: grues, ou véhicules qui supportent des capteurs pour des études à petite échelle;

- Celles qui opèrent entre la dizaine de mètres et la centaine de kilomètres: drones, avions, hélicoptères, ballons, fusées sonde;

- Celles qui opèrent entre 200 et 40 000 km: les satellites soumis à l'attraction terrestre, qu'ils soient habités ou non.

Les plates-formes: typologie

Les plus utilisées en télédétection:

les avions et les satellites automatiques

Les avions

Types d'avions Paramètres

À plafond bas À plafond moyen À plafond haut

Altitude < 9km 9 km - 15 km > 15km

Vitesse au sol Minimale Maximale

~100 km/h entre 250-500 km/h

~150km/h entre 600 -1000 km/h

entre 800-4000 km/h

Stabilité Modérée Modérée à élevée Élevée

Rayon d'action < 2500 km < 5000 km < 6000 km

Couverture des images

Limitée

(< 1000 km2) Moyenne Large (>1000 km2)

Contraintes Opération à partir de n'importe quel site

Opération à partir des aéroports

Opération à partir des grands aéroports

Coûts d'opération

Faibles Modérés Importants

Les satellites automatiques: éléments d’orbitographie

• Un satellite automatique a une orbite régulière fixée une fois pour toutes (ou programmable=satellite agile).

• L’orbite du satellite est plane et peut être représentée par une ellipse dont un des foyers est le centre de la Terre (1ère loi de Kepler: loi des orbites).

• La position la plus rapprochée de la Terre est le périgée et la plus éloignée, l’apogée

• En télédétection l’on emploie des orbites quasi-circulaires

- Les planètes du système solaire décrivent des trajectoires elliptiques dont le Soleil occupe le foyer- Ce foyer est le centre de masse   - Le soleil exerce sur une planète une force centripète

Éléments d’orbitographie

• La vitesse du satellite n’est pas constante, mais elle est cyclique (2ème loi de Kepler: loi des aires)

• Si T est le Terre et M une position quelconque d'un satellite, l'aire balayée par le segment [TM] entre deux positions a et a’ est égale à l'aire balayée par ce segment entre deux positions b et b’ si la durée qui sépare les positions a et a’ est égale à la durée qui sépare les positions b et b’.

• La vitesse du satellite devient donc plus grande lorsqu’il se rapproche de la Terre. Elle est maximale au voisinage du rayon le plus court (périhélie), et minimale au voisinage du rayon le plus grand (aphélie).

Éléments d’orbitographie

• On appelle inclinaison l’angle dièdre formé entre le plan orbital du satellite et le plan équatorial de la Terre

• Ainsi si inclinaison: 00 orbite équatoriale; 900 orbite polaire; orbite à inclinaison

quelconque Entre 00 et 900

mouvement direct ou prograde;

Entre 900 et 1800 mouvement rétrograde.

Types d’orbites: géostationnaire ou géosynchrone

• Le plan orbital coïncide avec le plan équatorial de la Terre (orbite équatoriale)

• L’altitude orbitale est de 36 000 km

• À cette distance, le satellite complète une révolution autour de la Terre en 24 heures. Puisque la Terre compète aussi une révolution autour de son axe à 24 heures, le satellite et la Terre meuvent ensemble (géosynchrone de géo=Terre + synchrone=qui a lieu en même temps).

• Ainsi, un tel satellite reste toujours au-dessus du même territoire (géostationnaire de géo=Terre + stationnaire=qui reste immobile).

• L’éloignement du satellite de la Terre ne permet pas d’acquérir d’images détaillées de la Terre mais en revanche sa stationnarité permet d’obtenir des images à forte cadence (1 image à toutes les 30 minutes environ). Ainsi il est utilisé pour l’observation des phénomènes dynamiques à grand déploiement (ouragans, fronts nuageux, etc.)

• Satellites utilisés aussi pour les télécommunications, télévision

Exemple de la couverture obtenue par un capteur optique à bord d’un satellite géostationnaire : GOES-8

Types d’orbites: orbites basses

• Lorsque le satellite orbite autour de la Terre à une altitude de plusieurs centaines de km (400-900 km environ) nous l’appelons satellite à orbite basse.

• À cause de sa proximité de la Terre le satellite pour vaincre la gravité terrestre doit se déplacer le long de son orbite à une très grande vitesse: 27 359 km/h ou environ 7 km/sec!!!

• Ainsi il fait le tour de la Terre à environ 90 minutes.

• Ces satellites sont d’un intérêt capital pour la télédétection des ressources terrestres car leur proximité de la Terre permet d’acquérir des images détaillées.

Segments d’une orbite

• Descendant le satellite se dirige du pôle nord au pôle sud

• Ascendant le satellite se dirige du pôle sud au pôle nord

Le plan orbital d’un satellite à orbite basse ne peut pas être équatorial. Il y a toujours une certaine inclinaison. Selon cette inclinaison un capteur à bord d’un satellite, en profitant du mouvement de la Terre, peut couvrir des territoires jusqu’à une certaine latitude de part et d’autre de l’équateur (amplitude zonale)

Types d’orbites: orbites basses

Orbites quasi-polaires héliosynchrones

• Une orbite de grand intérêt est l’orbite quasi-polaire circulaire et héliosynchrone.

• Le satellite se déplace presque dans la direction nord-sud et on conserve un angle constant entre le plan orbital et la direction Terre-Soleil tout le long d’une année

Plan orbital

Orbites héliosynchrones• Une telle orbite permet:

- De couvrir l’ensemble de la surface terrestre dans un intervalle de temps donné (à l’exception des pôles). Cet intervalle peut aller de quelques jours à presque 1 mois.

- De passer au-dessus du même territoire à la même heure locale (intéressant pour les études diachroniques)

Cependant … selon la saison l’angle du soleil peut varier

Orbite héliosynchrone crépusculaire

Intéressante pour l’exposition des panneaux solaires (RADARSAT)

L’orientation de la trace au sol est fonction de l’altitude du satellite

L’orientation de la trace au sol est une fonction de l’inclinaison du plan orbital du satellite

La trace au sol du satellite

L’espacement entre deux traces successives (même segment orbital) dépend de la fauchée du capteur et de l’orientation de la trace au sol

Exemple: traces d’un satellite héliosynchrone (segment descendant)

14 13 12 11 10 9 8 7 6

5

4

3

12

75Þ

60Þ

45Þ

30Þ

15Þ

75Þ

60Þ

45Þ

30Þ

15Þ

0Þ

orbit number

Lat

itude

15

14 13 12 11 10 9 8 7 6

5

4

3

12

75Þ

60Þ

45Þ

30Þ

15Þ

75Þ

60Þ

45Þ

30Þ

15Þ

0Þ

orbit number

Lat

itude

15

Orbit 16, day 2Orbit 2, day 1

Orbit 15, day 2Orbit 1, day 1

185 km wide

2875 km at equator

159 km

Exemple: traces d’un satellite à orbite non héliosynchrone

(segments descendant et ascendant)

CD

DC

D C

ESTOUEST

NORD

SUD

DCOUESTEST

NORD

SUD

D C

Télémétrie

Résolution temporelle (ne s’applique qu’aux satellites)

La fréquence avec laquelle nous pouvons créer des images du même territoire par un capteur satellital

Pour accroître la résolution temporelle

• Dépointage du capteur: exemple SPOT

• Constellation des satellites

L’échelle