Extrait d’une image prise par le satellite Spot 6 le 5 septembre 2013 à 18h41 UTC.
Composition colorée avec le canal proche infrarouge mettant en évidence la végétation brûlée.
Crédit image : Astrium Services

Rim Fire vu par Spot 6

Après les images des satellites Aqua, Terra et Landsat, voici des images à beaucoup plus haute résolution. Elles ont été prises le 5 septembre par le satellite Spot 6. Astrium GEO-Information Services vient de les publier dans sa galerie d’images.

Une petite visite sur le catalogue Geostore permet de voir que Spot 5, Spot 6 et les satellites Pléiades ont beaucoup observé la partie ouest du Yosemite National Park ces derniers jours.

Copie d'écran du catalogue Geostore d'Astrium Services avec les images récentes du feu Rim fire
prises par Spot 5, Spot 6 et Pléiades. Crédit image : Astrium Services

Il est assez rare qu’Astrium Services présente simultanément dans cette galerie deux représentations colorées différentes d’une même image. Comme pour l’incendie de la Jonqueira en août 2013, c’est le cas pour cette image du Rim Fire en Californie.

Pour les enseignants qui recherchent des images avec plusieurs bandes spectrales pour faire des travaux pratiques de classification avec leurs élèves, c’est un très bon exemple, à exploiter sur des logiciels spécialisés ou simplement avec des outils de retouche d’image permettant de manipuler assez facilement les calques et les canaux (Gimp-2, par exemple, le fait très bien et est gratuit).

Spot 6 - Rim Fire - Yosemite - Couleurs naturelles - 05-09-2013

Spot 6 - Rim Fire - Yosemite - Infrared - 05-09-2013 - RR

L’incendie Rim Fire dans le parc Yosemite en Californie. Image acquise par Spot 6 le 5 septembre 2013, présentée de deux manières différentes. A gauche, en couleurs naturelles. A droite, composition colorée
avec la bande proche infrarouge mettant en évidence la végétation brûlée. Crédit image : Astrium Services.

L’extrait d’image présenté ici met bien en évidence le double intérêt des images du satellite Spot 6, une caractéristique unique dans la continuité des autres satellites de la famille Spot depuis le lancement de Spot 1 en 1986 :

D’une part, la large couverture, avec une fauchée (la largeur de terrain balayée au sol à chaque (passage du satellite) de 60 kilomètres, bien adaptée à des évènements d’une telle ampleur : un bilan mis à jour le 6 septembre sur le site Inciweb fait état d’une surface parcourue par les flammes de 252521 acres soit 102170 hectares. Une seule image de Spot 6 peut encore couvrir la zone d’une largeur d’environ 50 km. Au-delà, l’agilité de Spot 6 lui permet d’acquérir une mosaïque d’images en un seul passage.
D’autre part, la haute résolution : les images de Spot 6 sont fournies par deux télescopes NAOMI de 200 mm de diamètre. Comme sur la plupart des satellites, les images sont acquises selon deux modes : le mode panchromatique avec une seule bande spectrale large couvrant le spectre visible (en gros l’équivalent de photographies en noir et blanc) et le mode multi-spectral (4 bandes spectrales assez étroites correspondant à des couleurs bleues, vertes, rouge et proche infra-rouge pour former des images en couleurs).

Sur Spot 6, le champ total de 60 kilomètres est balayé par une ligne de de 28000 capteurs élémentaires pour le premier mode et 7000 pour le second. Cela correspond respectivement à des pas au sol de 2,2 mètres (mode panchromatique) et de 8,8 mètres (mode multispectral) quand le satellite vise à la verticale. Les cinq bandes spectrales sont toujours acquises simultanément. A sol, les images sont ré-échantillonnées à un pas de 1,50 mètre. Un des produits les plus intéressants est celui appelé « pan-sharpened » qui combine la haute résolution du mode panchromatique avec la richesse spectrale du mode multi-spectral.

Les bandes spectrales des satellites Spot 6 et Spot 7, en mode panchromatique et en
mode multispectral. Source : Astrium

Feu à volonté

Hasard du calendrier, c’est pratiquement le jour de l’ouverture générale de la chasse en plaine en France (la semaine de la rentrée scolaire !) que les autorités américaines ont rendu publiques les premières conclusions de leur enquête sur les causes de l’incendie Rim Fire.

Selon Le service américain des Forêts (USFS), il s'agit d'un chasseur qui n'a pas maîtrisé le feu de camp qu'il venait d'allumer malgré les interdictions. Une imprudence qui coûte cher : 100000 hectares partis en fumée, plusieurs milliers de personnes mobilisées depuis plus de 3 semaines et un coût provisoire estimé à millions de dollars pour le quatrième plus grand feu de l'histoire californienne. Le nom du chasseur n’a pas été rendu public.

Cette explication dément les rumeurs selon lesquelles le feu été lié à une plantation illégale de marijuana installée dans le parc national de Yosemite.

Mise à feu contrôlée, une des techniques utilisées par les agents de l’US Forest Service pour ralentir la progression de l’incendie Rim Fire dans le parc Yosemite. Crédit image : Mike McMillan (USFS)

Concernant la lutte contre l’incendie, les bulletins d’informations publiés sur le site Inciweb semblent indiquer une évolution plus favorable même si l’incendie continue à progresser, avec un temps toujours très chaud et très sec. Le feu est maintenant contenu à 80% et son activité se poursuit essentiellement à l’intérieur de ce périmètre.

La route SR 120 entre Groveland et le parc national Yosemite a été réouverte à la circulation samedi 7. Le tronçon Tioga Road de Crane Flat à White Wolf reste fermé.

En haut, la Highway 120 photographiée le 26 août 2013. Pas vraiment le bon moment pour les
touristes. En bas, les équipes de l'USFS au front... Crédit image : Mike McMillan (USFS)

Pourquoi c’est noir ? Une petite synthèse sur la chlorophylle

La chlorophylle est un pigment des cellules végétales qui joue un rôle essentiel dans la photosynthèse, le processus chimique qui transforme l'énergie de la lumière en matière organique.

La chlorophylle étant fortement réfléchissante dans le proche infrarouge, cette plage de longueur d’onde (de 0,76 à 0,89 µm sur Spot 6 et Spot 7) est un outil très important en observation de la terre pour tout ce qui concerne le suivi de la végétation, les forêts, l’agriculture.

Les petits pois sont verts.

La chlorophylle est responsable de la couleur verte des végétaux : cette bande de longueur d'onde de la lumière étant moins absorbée, la couleur verte est davantage perçue par notre œil.

Sur les images panchromatiques, le feuillage de la végétation est relativement sombre : dans spectre visible, les feuilles ont une réflectance relativement faible (de l’ordre de 15% environ). Dans domaine du proche infrarouge (en gros de 0,7 à 1,3 µm), la réflectance dépend de la structure interne des feuilles et outre le nombre d'assises cellulaires, l'irrégularité des formes des cellules et la déshydratation renforcent le phénomène.

Après l’enquête, des indices sur la végétation : surface verte et bord rouge

La réponse spectrale de la végétation est donc assez caractéristique :

Une faible réflectance dans le rouge (spectre visible)
Une réflectance importante dans le proche infrarouge.

Une modification de la concentration en chlorophylle modifie les réflectances dans les deux plages de longueurs d’onde. Dans leur jargon, les spécialistes de télédétection parlent de “red edge” (le bord rouge).

NDVI, VINI, VICI

Plusieurs formules mathématiques ont été imaginées pour caractériser l’état de la végétation sur les images satellites multi-spectrales et mesurer la surface foliaire (en anglais “Leaf Area Index” ou LAI), estimer la biomasse, les rendements des cultures et les changements du couvert végétal.

La plupart des indices combinent deux caractéristiques de la végétation: sa réflectance élevée dans le proche infrarouge (causée par la réfraction du rayonnement au niveau de la structure cellulaire des feuilles) et sa faible réflectance dans le rouge (causée par l'absorption chlorophyllienne).

Un des plus utilisé est l'indice de végétation par différence normalisée (« Normalised Difference Vegetation Index », NDVI) : il est obtenu en calculant le rapport de la différence entre la réflectance dans le proche infrarouge et dans le rouge sur la somme des deux. Sa valeur varie entre -1 (pas de végétation) et +1 (végétation abondante).

NDVI = (NIR - Rouge) / (NIR + Rouge)
avec rouge, valeur du canal rouge et NIR (pour Near Red Infrared), valeur du canal proche-infrarouge.

Un des défauts du NDVI est qu’il peut être assez perturbé par les conditions atmosphériques et les voiles nuageux. De même, quand le couvert végétal est peu dense, l'indice NDVI est influencé par le sol.

Pour les applications les plus pointues, où on cherche à caractériser très précisément l’état de la végétation, les spécialistes utilisent des combinaisons de plusieurs indices. Par exemple, pour le service d’agriculture de précision FARMSTAR, les experts d’Astrium ont défini une batterie d’indicateurs biophysiques caractérisant la surface foliaire, la quantité de chlorophylle, la proportion de sol nu… En combinant ces indicateurs et en les comparant à un modèle théorique de croissante, tout en tenant compte des conditions agro-météorologiques tout au long de la saison, il savent évaluer les besoins en engrais des cultures et estimer le risque d’apparition de certaines maladies : c’est un outil très efficace pour optimiser les apports d’azote et de produits sanitaires.

Et Vini ? Un service similaire a été développé pour la vigne et le vin, afin d'évaluer l'homogénéité de développement du raison dans les parcelle de vigne. C'est Oenoview. Bientôt les vendanges ? Les satellites d'observation participent...

Et le noir ? Tout s’éclaire… Le vert est rouge

Sur les images des satellites, la végétation active, du fait de la synthèse chlorophyllienne, présente donc un niveau élevé de réflectance dans le canal Proche infrarouge. Comme cette bande spectrale est représentée en rouge, la végétation en bonne santé apparaît en rouge vif à l’écran.

Dans les zones brûlées, la chlorophylle est détruite : la réflectance dans le proche infrarouge s’effondre. Le rouge vif disparaît. En présence de carbone et de cendres, la réflectance est également faible dans les bandes visibles : dans les zones brûlées, l’image est sombre.

Si vous lisez régulièrement les articles du blog Un autre regard sur la Terre, vous saviez déjà pourquoi la neige était bleue et les zones brûlées rouges sur certains types de représentations des images provenant de l'instrument MODIS. Vous savez maintenant pourquoi la végétation verte est rouge et les zones brûlées noires sur les images des satellites Spot utilisant le canal proche-infrarouge.

En savoir plus :

Sur le site d'Astrium GEO-Information Services, la fiche technique des satellites Spot 6 et Spot 7 et la galerie d'images du satellite Spot 6.
Le catalogue Geostore d'Astrium Geo-Information Services : toutes les images prises par les satellites Pléiades, Spot 6 et Spot 5.
Le site Inciweb et la page d'information sur l'incendie Rim Fire.
Sur le site du projet européen SEOS (Science Education through Earth Observation for High Schools), une page en français sur les indices de végétation et une autre sur les applications des satellites en agriculture.
Des informations sur les techniques de lutte contre les feux aux Etats-Unis sur le site de l’Eastern Idaho Interagency Fire Center.
Les autres articles sur l'incendie Rim Fire :

Une page sur l'agriculture de précision par satellite et un article sur le service Farmstar.
Les autres articles dans la catégorie "satellites et catastrophes naturelles".
Les autres articles dans la catégorie "acquisition et traitement des images".
Une page sur la famille des satellites Spot.