Les données transmises par les satellites d’observation de la Terre présentent de grandes disparités suivant les capteurs. Les données dites panchromatiques proviennent de l’enregistrement du rayonnement réfléchi par la surface terrestre dans un intervalle comprenant toutes les longueurs d’onde du domaine du visible. Plus riches, les données multispectrales sont obtenues à partir de l’enregistrement simultané de la même scène dans 3 à 10 bandes spectrales, pas nécessairement contiguës et situées en général dans le visible, dans le proche infrarouge, dans le moyen infrarouge et dans l’infrarouge thermique. C’est un véritable saut quantitatif qui se produit avec les capteurs “hyperspectraux”. En effet, ceux-ci sont capables d’enregistrer simultanément dans des centaines de bandes spectrales beaucoup plus étroites (de l‘ordre de quelques nm) et souvent contiguës, révélant ainsi de façon très détaillée les propriétés spectrales des éléments observés, pour de grandes fenêtres d’acquisition. Dans ces portions ciblées du spectre électromagnétique, la signature continue de chaque élément est disponible, plutôt que des mesures ponctuelles ou des moyennes grossières. Cette signature spectrale fine reflète mieux le comportement spectral des éléments observés et permet une identification et une discrimination plus précises des objets.

Une précision sans précédent

Chaque pixel d’une image hyperspectrale contient un continuum d’informations sur la réponse spectrale des objets observés, pour de grandes portions du spectre électromagnétique. Une quantité considérable d’informations est donc disponible pour estimer avec une précision sans précédent toute une série de variables bio-géophysiques et biochimiques. L’imagerie hyperspectrale est ainsi un outil pour une meilleure compréhension des phénomènes atmosphériques, hydrologiques, géologiques ou pour un meilleur suivi de la végétation ou de la composition des sols. Parmi les nombreuses applications, pour certaines déjà opérationnelles, citons la prospection géologique et minière, l’estimation du niveau de pollution et d’eutrophisation des eaux de surface, le suivi des concentrations et des mouvements de sédiments dans les zones estuariennes et portuaires, le suivi de la composition de la couverture végétale, l’évaluation de l’état sanitaire des arbres, l’identification de carences ou d’excédents de nutrition azotée des grandes cultures, l’estimation du taux de matière organique dans les sols ou de leur susceptibilité à l’érosion.

Apprivoiser cette nouvelle technique
La nature même des données hyperspectrales rend gigantesque la quantité d’informations à stocker et à traiter. Des capacités informatiques de calcul bien plus importantes sont donc requises pour sérier les données brutes et tout le processus de traitement et d’analyse des images est à revoir et à optimiser. C’est un champ d’investigations qui met au défi tant la recherche fondamentale qu’appliquée. Soutenue par le programme STEREO et par le programme PRODEX de l’ESA, cette voie exploratoire a été concrétisée depuis 2002 par l’organisation de quatre campagnes d’acquisition de données hyperspectrales par divers instruments aéroportés. Parallèlement à ces campagnes de vols, le programme STEREO a financé des petits projets scientifiques permettant aux chercheurs belges, en collaboration avec des partenaires internationaux, d’investiguer la technique et d’acquérir un certain savoir-faire. La Politique scientifique fédérale a confié l’organisation des campagnes aériennes ainsi que le prétraitement, la distribution et l’archivage des données au Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO). Cet institut de recherche est également engagé dans un consortium belgo-suisse développant pour l’ESA un spectromètre imageur APEX (voir encadré).
http://cvblocal.vgt.vito.be/