de l`image satellite à la spatiocarte marine au shom la télédétection

RÉSUMÉ
Pour remplir ses missions d’hydrographie nationale, de
soutien à la défense nationale, de soutien aux politiques
publiques maritimes et du littoral, le SHOM a développé
un processus rigoureux de traitement d’images satellitaires
pour produire des spatiocartes numériques qui décrivent
la topographie littorale, la nature des fonds et, lorsque les
conditions de prise de vue sont optimales, la bathymétrie
des petits fonds.
Au SHOM, toute réédition ou publication d’une carte marine
dont l’échelle est supérieure au 1 : 150 000 fait l’objet de
travaux de télédétection satellitaire ou de photogrammétrie
aérienne. Ces techniques sont devenues incontournables
pour la mise à jour de la cartographie du littoral.
Couplées aux autres sources de données hydrographiques et
cartographiques, les spatiocartes du SHOM sont des cartes
numériques lisibles dans tout SIG (système d’information
géographique).
Les nouvelles techniques de télédétection satellitaire, asso-
ciées aux énormes possibilités des systèmes SIG, ouvrent le
monde de la mise à jour cartographique numérique.
AbstrAct
To fulfil its missions regarding national hydrographic ser-
vice, defence service and support to government maritime/
littoral policies, SHOM developed a rigorous satellite image
processing to produce digital “spatiocharts” that depict the
coastal topography, the seabed nature and, if the viewing
conditions are optimum, bathymetry of shallow waters.
At SHOM, every publication of a nautical chart, with a scale
greater than 1:150000, needs satellite remote sensing or
aerial photogrammetric work. These techniques became
essential to update coastal nautical charts.
Coupled with the other hydrographic and cartographic data,
the SHOM’s spatiocharts are digital charts readable in any
geographic information system.
The new developing techniques in remote sensing, com-
bined with the huge possibilities of GIS system, open the
digital updating cartography world.
25
DE L’IMAGE SATELLITE À LA SPATIOCARTE MARINE AU SHOM
LA TÉLÉDÉTECTION SATELLITAIRE : UN OUTIL INCONTOURNABLE POUR
LA MISE À JOUR CARTOGRAPHIQUE DU LITTORAL
par l’IEF Jean-Paul Tournay1 et le TSEF Philippe Quéméneur2
1 Responsable du bureau traitement d’images du SHOM 13 rue du Chatellier – CS 92803 – 29228 Brest Cedex ([email protected])
2 Télédétecteur au bureau traitement d’images du SHOM 13 rue du Chatellier – CS 92803 – 29228 Brest Cedex ([email protected])

27
SHOM : EXPERT EN ENVIRONNEMENT MARIN ET
LITTORAL
Le Service hydrographique et océanographique de la marine
(SHOM) est mandaté par l’État français, pour assurer la
responsabilité de la publication des cartes marines et docu-
ments nautiques.
Pour remplir ses missions d’hydrographie nationale (sécu-
rité de la navigation), de soutien à la défense nationale, de
soutien aux politiques publiques maritimes et du littoral, et
répondre aux besoins de ses clients (cartographie/expertise
en environnement marin et littoral), le SHOM a développé un
processus rigoureux de traitement d’images pour produire
des spatiocartes marines numériques qui décrivent la topo-
graphie littorale, la nature des fonds et, lorsque les condi-
tions de prise de vue sont optimales, la bathymétrie (profon-
deur) des petits fonds.
LA TÉLÉDÉTECTION SATELLITAIRE EST INCONTOUR-
NABLE POUR LA CARTOGRAPHIE
Depuis 1995 l’imagerie satellitaire fait partie des sources
de données utilisées par le SHOM pour l’élaboration des
cartes marines. L’usager ne le perçoit pas toujours car les
informations issues des satellites sont, après interprétation,
reproduites avec le graphisme de la cartographie classique.
Avec les spatiocartes marines, la donnée spatiale devient
la base de la carte. Par exemple, l’analyse des images
satellitaires permet au SHOM de réactualiser les cartes
marines couvrant l’ensemble des îles et des atolls français
du Pacifique Sud.
Au 1er janvier 2012, le bureau traitement d’images du
SHOM a rédigé plus d’une centaine de spatiocartes dans le
cadre de quatre-vingt sept levés satellitaires (campagne de
mesures) et mené deux cent trente deux expertises au profit
de ses divers clients.
Au SHOM, toute réédition ou publication d’une carte marine
dont l’échelle est supérieure au 1 : 150 000 fait l’objet de
travaux de télédétection satellitaire ou de photogrammétrie
aérienne. Ces techniques sont devenues incontournables
pour la cartographie (en complément des autres sources de
données).
DES SPATIOCARTES NUMÉRIQUES POUR LES
SYSTÈMES D’INFORMATION CARTOGRAPHIQUE ET
GÉOGRAPHIQUE (SIG)
Couplées aux autres sources de données hydrographiques
et cartographiques, le SHOM a développé des procédures de
traitement d’images satellitaires pour l’élaboration de cartes
numériques lisibles dans tout SIG (système d’information
géographique) :
• spatiocarte marine numérique ;
• spatiocarte topographique numérique.
La spatiocarte numérique du SHOM est une base de données
(sur dvd-rom) composée de couches d’informations car-
tographiques, vecteurs et raster (trait de côte, estran, nature
des fonds, zone de profondeurs bathymétriques, ...).
Tous les SIG peuvent lire ces spatiocartes numériques.
Grâce aux possibilités du SIG, ces spatiocartes sont multi-
échelles : elles permettent à la fois une vue de situation
globale et des vues locales (apport du zoom), et peuvent être
tracées sous forme de cartes analogiques (papier), en fonc-
tion du besoin du demandeur. Elles répondent donc particu-
lièrement bien aux besoins des différents clients en matière
d’aide à la décision et à la gestion de crise en milieu littoral.
UN PROCESSUS RIGOUREUX ET UNE GRANDE
EXPÉRIENCE AU SHOM
La production d’une spatiocarte marine à partir de calculs
basés sur des images satellitaires est un processus com-
Carte marine SHOM 7458 sur l’atoll d’Aratika. La partie sud est
issue de la télédétection satellitaire (la partie nord provient des
levés hydrographiques classiques).
Extrait de la carte marine SHOM 7457 sur l’atoll de Raroïa, issue
de la télédétection satellitaire.

28
plexe, demandant de bonnes connaissances en télédétec-
tion, traitement d’images, géodésie, cartographie et hydro-
graphie (bathymétrie, topographie littorale, sédimentologie
des fonds, ...).
Depuis 1986, la cellule télédétection du SHOM a mené des
recherches, a développé un processus rigoureux de traite-
ment d’images, a amélioré ses outils et ses compétences.
RIGUEUR DES TRAITEMENTS
Répondre au mieux à la demande d’un client nécessite
d’exclure toute improvisation ou amateurisme : il faut faire
des choix judicieux qui impacteront la qualité de la spatio-
carte et son utilisation future par l’usager.
On peut citer les quelques exigences suivantes :
• choisir les bonnes images satellitaires ;
• soigner les travaux “terrain” de spatiopréparation ;
• choisir la bonne méthode de rectification géométrique des
déformations de ces images ;
• choisir les bonnes données exogènes (cartes marines,
points d’appui géodésiques, sondes de calage, ...) ;
• appliquer les bons traitements d’images (la simple photo-
interprétation ne suffit plus en télédétection satellitaire
sous-marine).
Au SHOM, la rigueur des traitements (pour obtenir la qualité
de spatiocarte répondant au besoin) n’est possible que par
l’expérience acquise :
• lors des chantiers de télédétection “réguliers” (cartographie
marine SOLAS, ...) ;
• lors des soutiens à la défense (opérations extérieures au
Liban, à Anjouan, à Conakry, piraterie en Somalie, crash
en mer de l’avion de la Yemenia Airlines au large de la
Grande-Comore, opération humanitaire en Haïti, opération
Licorne en Côte d’Ivoire, ...) ;
• lors de la veille technologique régulière, des études et
expertises.
ENTRETENIR ET DÉVELOPPER UN RÉSEAU D’EXPERTS
TECHNIQUES
Dans le cadre de sa mission de soutien à la défense, la
rapidité de réponse du SHOM n’est possible que parce que
le bureau traitement d’images entretient régulièrement (hors
temps de crise) un réseau d’experts techniques avec ses
partenaires (internes et externes) :
• le fournisseur d’imagerie civile (Astrium Geo-Information
Services) ;
• le point contact défense et l’atelier de traitement géomé-
trique du centre militaire d’observation par satellites ;
• le centre de renseignement marine ;
Modèle bathymétrique brut calculé sur une image satellitaire
ACP sur l’image satellitaire
Extrait de la carte marine SHOM 6827

29
• l’établissement géographique interarmées ;
• le département cartographie du SHOM ;
• le centre de fusion de données du SHOM.
ÉTAPES MAJEURES DE LA SPATIOCARTE MARINE
DU SHOM
L’acquisition des images satellitaires, une étape primor-
diale pour la qualité
Les images utilisées par le SHOM proviennent de dif-
férents satellites civils et militaires (Spot 5, Quickbird,
Geoeye-1, …) dont les différentes caractéristiques couvrent
tous les besoins nécessaires à la cartographie côtière.
Le SHOM acquiert des images brutes pour y appliquer ses
propres modèles de correction et de calcul bathymétrique.
NB : l’une des forces du SHOM est son accès à la fois à toute
l’imagerie satellitaire civile mais aussi à l’imagerie satellitaire
de la défense nationale, ce qui lui permet de recouper, cali-
brer, contrôler et qualifier l’information.
La spatiopréparation
Le SHOM effectue une campagne de mesures sur le terrain,
la “spatiopréparation”, afin d’acquérir des données géodé-
siques et bathymétriques qui calibreront ses traitements
d’images.
La spatiopréparation est une étape cruciale. Si elle est
bâclée, il sera impossible de calibrer correctement les traite-
ments d’images. De sa qualité dépend celle de la future
spatiocarte.
La rectification géométrique des images
Lors de la prise de vue par le satellite, l’image est déformée
par plusieurs facteurs (les variations en roulis, tangage, lacet
et en altitude, la rotation et la courbure de la terre, l’angle de
prise de vue, etc.). Ces déformations ne sont pas constantes
à l’intérieur de l’image et atteignent plusieurs kilomètres en
absolu (par rapport à la “vérité terrain”).
L’image panchromatique, avec sa haute résolution spatiale, est
utile pour cartographier les détails de la topographie
littorale mais elle “voit” mal dans l’eau.
Les bandes Bleu, Verte et Rouge de l’image multispectrale (avec
une moins bonne résolution spatiale mais une meilleure pénétration
dans l’eau) permettent de détecter les obstructions sous-marines,
de discriminer la nature des petits fonds et de modéliser la bathy-
métrie (lorsque les conditions de prise de vue sont optimales).
Lors de la prise de vue, l’image satellitaire est déformée par divers
facteurs (roulis, tangage, lacet, altitude, … et d’autres paramètres
orbitographiques). Pour corriger ces déformations, on a besoin de
quelques mesures géodésiques réelles, prises sur le terrain (points
d’appui GPS précis).
Pour calibrer le modèle bathymétrique, issu de la réflexion de
la lumière sur le fond marin (mesurée par le satellite), quelques
sondes bathymétriques réelles sont nécessaires (elles sont mesu-
rées sur le terrain par un sondeur hydrographique).