Des pixels et des ailes : les avions du salon du Bourget observés par le satellite Formosat-2

Le 24 juin 2011, le satellite Formosat-2 a pris l’image suivante alors qu’il survolait le nord de Paris et l’aéroport du Bourget sur lequel se tenait le « Paris Air Show », avec cette année 145.000 visiteurs professionnels et 200.000 visiteurs pour les journées grand public. Les visiteurs du salon du Bourget reconnaîtront facilement la topologie des lieux : l’entrée et les bâtiments du Musée de l’air et de l’espace, les hangars abritant les avions, l'abri temporaire du Solar Impulse, les parkings, la piste au-dessus de laquelle les démonstrations en vol ont lieu, les chalets et les halls d’exposition.

Extrait d’une image du salon du Bourget acquise le vendredi 24 juin 2011 par le satellite Formosat-2.
Cliquer sur l’image pour l’agrandir. Copyright NSPO – Distribution Astrium Services / Spot Image

Cette image est obtenue par la superposition de deux images : une image panchromatique à 2 mètres de résolution et une image multi-spectrale à 8 mètres de résolution. Pour l’image panchromatique, le capteur du satellite mesure la lumière sur dans un intervalle de longueurs d’onde unique et produit une image en noir et blanc permettant de discerner des détails de deux mètres au sol. L’image multi-spectrale est obtenue en mesurant la lumière réfléchie par la scène observée dans trois bandes de longueurs d’onde (correspondant aux couleurs rouge, verte et bleue). Le capteur multi-spectral fournit ainsi une image en couleurs naturelles.

A 10h40 UTC (soit 12h40 locale), le satellite FORMOSAT-2 survole la région parisienne du nord vers le sud et enregistre l’image de l’aéroport du Bourget. A 12h40 UTC, alors que le satellite a fait un tour complet de la Terre, l’image est reçue par l’antenne de réception de la station de Kiruna en Suède. 10 minutes plus tard, l’image est référencée dans le catalogue. A 14h05 UTC, Le système de production (appelé “terminal Formosat”) en Suède produit une image panchromatique à 2m de résolution et une autre multispectrale à 8m. Elles sont transférées à Astrium GEO-Information à Toulouse à 14h15 UTC puis ortho-rectifiées et fusionnées en une seule image couleur à 2 mètres de résolution. Il est alors 15h30 UTC soit 17h30 en heure locale.

Un jeu pour les vacances : identifier les avions exposés au salon du Bourget

Je vous propose un petit jeu pour le début des vacances : à partir de la série de photographies prises sur place au salon du Bourget, essayer de repérer les avions sur l’image du satellite Formosat-2. Les fans d’aviation pourront jouer au photo-interprète en essayant d’identifier d’autres avions de plus petite taille. J’ai également mis quelques photographies en lien avec l’espace comme les fusées Ariane 4 et Ariane 5 ou l’Airbus A300 Zéro G exploité par Novespace. Attention, comme les avions participaient aux démonstrations en vols, certains peuvent avoir été déplacés entre le moment où l’image satellite a été prise (le 24 juin) et la date des photographies ci-dessous (du 21 au 23 juin). Notez également que les photographies témoignent d’une couverture nuageuse importante avant le 24 juin qui complique la tâche d’acquisition d’images optiques.

Une série de photographies d’avions et de fusées prises pendant le salon du Bourget 2011, à identifier
sur l’image satellite : les deux A380 d’Airbus et de Korean Airlines, l’avion de transport Airbus A400M,
le Boeing 747 du Musée de l’air et de l’espace, l’Airbus A300 Zéro G de Novespace et la fusée Ariane 5, l’avion de transport Lockheed C-5 Galaxy, le Boeing C-17 Globemaster, l’hydravion Beriev BE 200,
le pavillon du CNES et la fusée Ariane 4. Cliquer sur les images pour les agrandir. Crédit image : Gédéon.

Les bonnes résolutions pour les photo-interprètes : quelques détails pour y voir plus clair.

Quelle résolution est nécessaire pour identifier tel ou tel objet sur une image satellite ? Qu’il s’agisse d’applications civiles ou militaires, c’est souvent une des premières questions posées.

La réponse est plus complexe qu’il n’y paraît car la résolution ne fait pas tout : la facilité d’interprétation d’une image dépend de nombreux autres facteurs : angle de prise de vue, heure d’acquisition et éclairage de la scène, bandes spectrales, observation optique ou radar, disponibilité de l’information infrarouge thermique, etc.

La résolution théorique maximale correspond à la taille au sol de chaque pixel de l'image, correspondant à chaque détecteur élémentaire du capteur du satellite. En anglais, on parle aussi de « Ground Sampling Distance » (GSD) ou « Ground Resolved Distance » (GRD)

Les verbes utilisés pour caractériser les performances ont beaucoup d’importance : on retrouve principalement les trois verbes détecter, distinguer (ou différencier ou reconnaître) et identifier.

Dans un rapport parlementaire publié en 2001 dont je recommande la lecture, le député Jean Michel Boucheron, spécialiste des questions de défense, propose les définitions suivantes :

• La détection permet de distinguer un objet ou un phénomène susceptible d'avoir un intérêt militaire (un avion).
• La reconnaissance permet de déterminer sa nature (un avion bombardier) et éventuellement sa classe ou son type.
• L’identification permet de d’individualiser des objets appartenant à une même classe (un Mig 29).

Il indique également que le seuil d’un mètre constitue, en 2001, une référence en deça de laquelle les équipements militaires deviennent plus facilement identifiables et propose le tableau suivant :

Aux Etats-Unis, au début des années 70, un standard a été défini dans la communauté du renseignement pour exprimer le degré d’interprétabilité des images. C’est le NIIRS pour National Imagery Interpretability Rating Scales. L’échelle NIIRS, graduée de 0 (image inexploitable) à 9, exprime la finesse des tâches d’interprétation possibles avec une image de caractéristiques données. Pour établir ce classement, les analystes prennent en compte le contenu de la scène et les conditions d’acquisition des images.

Le tableau suivant donnent quelques exemples pour des images panchromatique, multispectrale, infra-rouge et radar pour les catégories de 0 à 9. J’ai essayé de retenir à chaque fois un exemple avec le verbe « détecter » et un autre avec « identifier »

Exemple de tâches de photointerprétation pour chaque niveau NIIRS avec des images panchromatiques,
multi-spectrales, infra-rouge et radar. D'après le guide NIIRS de la Federation of American Scientists (FAS)

Formosat-2 : haute résolution et fréquence de revisite élevée

L’instrument multi-spectral acquiert des images de 8 mètres de résolution avec quatre bandes (bleu, vert, rouge et proche infrarouge). Les gammes de longueur d'onde sont les suivantes :

• P : de 0,45 à 0,90 µm (panchromatique) 
• B1 : de 0,45 à 0,52 µm (bleu)
• B2 : de 0,52 à 0,60 µm (vert)
• B3 : de 0,63 à 0,69 µm (rouge)
• B4 : de 0,76 à 0,90 µm (proche infra rouge)

La bande bleue, associée aux bandes rouge et verte, permet de réaliser sans traitement particulier des compositions en couleurs naturelles. Seule ou associée aux autres canaux, elle apporte également des informations spécifiques pour la cartographie des hauts fonds, la différenciation entre sol et végétation, la cartographie forestière et l'identification de cultures, les corrections atmosphériques.

L'orbite très spécifique de FORMOSAT-2 lui permet d'acquérir chaque jour toute image de sa zone de couverture (orbite géosynchrone). Chaque site est vu chaque jour dans les mêmes conditions d'éclairement (orbite héliosynchrone) et sous le même angle.

La fauchée est de 24 kilomètres. Chaque image couvre un carré de 24 kilomètres de côté.

Carte des zones couvertes au sol par le satellite Formosat- 2. Crédit image : NSPO

Le Rocketry Challenge : c’est réussi quand l’omelette est ratée…

Un dernier détail à propos du salon du Bourget et d'une manifestation organisée sur place par le GIFAS et l'association Planète Sciences... On ne fait pas d’omelette sans casser des œufs. Pour le Rocketry challenge, l’objectif est de ne pas casser les œufs.

Sur la piste du Bourget, avec la patrouille de France en arrière-plan, décollage
de la fusée Maralgo du club AJSEP de Bordeaux. Au classement final, l’AJSEP est
troisième derrière l’équipe Rockwall-Heath (USA) et celle du Workshop College (UK).
Crédit image : Julien Franc (Planète Sciences)

L’objectif du "Rocketry Challenge", proposé aux collèges et lycées, est de construire une minifusée avec un mission originale : il s’agit de construire une fusée qui devra atteindre le plus précisément possible l’altitude de 228,6 mètres (correspondant à 750 pieds dans le règlement original américain) avec un œuf cru embarqué à son bord. Le temps de vol de la fusée entre son décollage et son atterrissage avec ralentisseur devra se situer entre 40 et 45 secondes. Bien sûr, à l'arrivée, l’œuf cru doit être intact… Le défi peut paraître simplement ludique et anecdotique. En réalité, pour les équipes participantes, il s’agit de mener à bien un véritable projet spatial. Les documents comme le cahier des charges, le règlement ou la fiche de contrôle démontrent tout le sérieux et l’ambition du projet.

Planète Sciences accompagne les groupes de jeunes intéressés en leur proposant une démarche pédagogique originale, construite autour de la démarche de projet, la méthode expérimentale, le travail en groupe, et la valorisation du travail réalisé.

Le Rocketry Challenge est un concours de fusée amateur créé aux États-Unis en 2002. Il s’est ensuite répandu en Grande-Bretagne. Les premiers contacts avec Planète Sciences ont eu lieu en mai 2009. En partenariat avec le GIFAS, la première édition française a eu lieu en juin 2010 sur l’aérodrome des Mureaux. Pour l’année scolaire 2010-2011, Planète Sciences et le GIFAS organisaient la manche française (mi-juin 2011) sur l’aérodrome des Mureaux) ainsi que la finale internationale durant le salon du Bourget.

En savoir plus :

• Sur le site d’Astrium GEO-Information, l’article sur l’image Formosat-2 du salon du Bourget et la page sur le satellite Formosat-2.
• Le site du NSPO (National Space Organisation).
  
• Le site internet du Paris Air Show, le salon du bourget.
• Sur le site de Planète Sciences, la page sur le Rocketry Challenge et une page avec les résultats de l’édition 2011, des photographies et des vidéos.
• Le site de l’association AJSEP.
  
• Le site du Musée de l’air et de l’espace et l’espace Planète Pilote (avec en particulier la zone espace).
• Les autres articles du blog Un autre regard sur la Terre dans la catégorie sécurité et défense.
• Sur le site du FAS (Fédération of American Scientists), une page en anglais sur les échelles d’interprétation des images (NIIRS : National Imagery Interpretability Rating Scale) et des exemples d’images dans le domaine civil.
  
• Le rapport d’information du 4 juillet 2001 sur le renseignement par l’image présenté par Monsieur Jean-Michel Boucheron, député, pour la commission des finances, de l’économie générale et du plan de l’assemblée nationale.

Suggestions d’utilisations pédagogiques en classe

• Le jeu de rôle du photo-interprète : en petite équipe, en utilisant l’image Formosat-2, détecter et tenter d’identifier tous les avions visibles. Faire l’inventaire des indices (forme des objets, couleurs, ombres portées) et des méthodes utilisées par chaque membre de l’équipe. Faire un tableau indiquant la liste de ce qui peut être détecté, ce qui peut être reconnu (type d’avion) et ce qui reste ambigu.
• Si vous êtes en région parisienne, visitez le musée de l’Air et de l’Espace. Avec les plus jeunes (de 6 à 12 ans), visitez en particulier l’espace ludo-éducatif Planète Pilote.

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