Les indices de télédétection (indices radiométriques ou spectraux)
Présentation
Qu'est-ce qu'un indice radiométrique
Un indice de télédétection ou radiométrique ou spectral est une combinaison mathématique de bandes spectrales capturées par un satellite ou un capteur aérien. Il transforme les données brutes des capteurs en indicateurs pertinents pour l'agriculture, l'environnement, l'aménagement du territoire ou encore la gestion des ressources naturelles. Ils permettent de mesurer des phénomènes invisibles à l'œil nu en utilisant les propriétés de la lumière réfléchie par les objets terrestres.
Crédit photo de gauche : Image par WikiImages de Pixabay
Principe de fonctionnement
La réflectance spectrale
Chaque élément de la surface terrestre (végétation, sol, eau, bâti) présente un profil de réflectance unique selon les longueurs d'onde du spectre électromagnétique.
Par exemple :
- La végétation saine absorbe fortement la lumière visible (rouge) pour la photosynthèse, mais réfléchit intensément le rayonnement infrarouge proche.
- Le sol nu présente une réflectance progressive, augmentant avec la longueur d'onde.
- L'eau absorbe la plupart des radiations et réfléchit très peu, particulièrement en infrarouge.
Construction d'un indice
Un indice repose sur la normalisation de ces différences de réflectance. La formule générale est un rapport de plusieurs bandes spectrales tel que : Indice = (Bande1 − Bande2) / (Bande1 + Bande2).
Une bande spectrale correspond à un intervalle précis de longueurs d’onde de la lumière que capte un capteur. Le capteur enregistre la réflectance de la surface terrestre dans plusieurs bandes :
- Bande visible : bleu, vert, rouge — perçue par l’œil humain.
- Bande proche infrarouge (NIR) : sensible à la végétation et à l’humidité.
- Bande infrarouge à ondes courtes (SWIR) : utilisée pour détecter l’eau, la couverture nuageuse et les sols.
En combinant ces bandes avec des formules mathématiques, on obtient des indices satellitaires qui traduisent des propriétés physiques ou biologiques : végétation, eau, surfaces bâties, zones brûlées, etc.
Cette normalisation par la somme permet d'obtenir des valeurs comprises généralement entre -1 et +1, indépendantes de l'intensité lumineuse et facilitant la comparaison spatiale et temporelle.
Avantages de cette approche
- Objectivité : Les mesures sont quantitatives et reproductibles.
- Comparabilité : Les résultats peuvent être comparés dans le temps et dans l'espace.
- Synthèse d'information : Un seul indice capture plusieurs caractéristiques en une seule valeur.
- Automatisation : Les calculs sont facilement automatisables sur de grandes surfaces.
Principaux indices de télédétection
1. Indice Végétation : NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)
Formule NDVI = (NIR − R) / (NIR + R) où NIR = Bande proche infrarouge, R = Bande rouge
Utilité : Le NDVI permet de détecter et de suivre la présence et la densité de la végétation, ainsi que son niveau d’activité chlorophyllienne.
Interprétation :
- Valeurs négatives : Eau, bâti, neige
- 0 à 0,3 : Végétation faible ou sol nu
- 0,3 à 0,6 : Végétation modérée à bonne
- >0,6 : Végétation dense et vigoureuse
Applications : Le NDVI est principalement utilisé pour la cartographie de la végétation et le suivi de sa dynamique saisonnière, notamment pour identifier le début de croissance et le pic de développement végétatif. Il ne permet pas, à lui seul, d’identifier un stress hydrique ou une maladie.
En combinant le NDVI avec des informations de contexte et d’autres indices plus spécifiques — notamment sensibles aux propriétés thermiques — il devient possible d’analyser ces phénomènes.
Principaux indices de télédétection
2. Indice Eau : NDWI (Normalized Difference Water Index)
Formule : NDWI = (Vert − NIR) / (Vert + NIR) où Vert = Bande verte, NIR = Bande proche infrarouge
Utilité : Le NDWI identifie les zones en eau.
Interprétation :
- Valeurs >0,5 : Eau libre (masses d'eau)
- 0 à 0,2 : Surfaces bâties
- Valeurs négatives : Sols secs et végétation
Applications : Cartographie des plans d'eau, suivi des lacs et rivières, détection des inondations, délimitation des zones humides.
Produits opérationnels
3. Indice Humidité : NDMI (Normalized Difference Moisture Index)
Formule : NDMI = (NIR − SWIR) / (NIR + SWIR) où NIR = Bande proche infrarouge
et SWIR = Bande Infrarouge à ondes courtes (Short Wave Infrared)
Utilité : Le NDMI mesure l'humidité du feuillage et des sols. Particulièrement utile pour détecter le stress hydrique avant que les symptômes visibles n'apparaissent.
Interprétation :
- Valeurs faibles (<0,3) : Végétation sèche ou stressée
- Valeurs élevées (>0,6) : Végétation bien hydratée
Applications : Suivi du bilan hydrique, alerte précoce de sécheresse, gestion de l'irrigation, zones sujettes aux incendies.
4. Indice Neige NDSI (Normalized Difference Snow Index)
Formule : NDSI = (Vert − SWIR) / (Vert + SWIR) où Vert = Bande verte et SWIR = Bande Infrarouge à ondes courtes (Short Wave Infrared)
Utilité : Le NDSI détecte et quantifie les surfaces enneigées. Cet indice permet de faire la distinction entre la neige et les nuages et la neige et d'autres couvertures du sol. Attention cet indice peut en revanche confondre neige et eau.
Interprétation :
- Valeurs >0,4 : Présence de neige
- Valeurs <0,1 : Absence de neige
Applications : Surveillance des cycles neigeux, changement climatique.
5. Indice Bâti NDBI (Normalized Difference Built-up Index)
Formule : NDBI = (SWIR − NIR) / (SWIR + NIR) où SWIR = Bande Infrarouge à ondes courtes (Short Wave Infrared) et NIR = Bande proche infrarouge
Utilité : Le NDBI identifie et quantifie les surfaces bâties et les zones urbanisées. L'indice décrit la densité de construction d'une zone géographique.
Interprétation :
- Valeurs négatives : Végétation
- Valeurs positives : Surfaces bâties et minérales
Applications : Cartographie urbaine, suivi de l'étalement urbain, aménagement du territoire.
6. Indice Surface brûlée NBR (Normalized Burn Ratio)
Formule : NBR = (NIR − SWIR) / (NIR + SWIR) où NIR = Infrarouge proche, SWIR = Infrarouge à ondes courtes
Utilité : Le NBR identifie les zones brûlées et fournit une mesure de la gravité des incendies. La végétation saine présente une forte réflectance dans le NIR et une faible réflectance dans le SWIR, à l'inverse de la végétation brûlée.
Interprétation :
Valeurs élevées : Végétation saine et vigoureuse
Valeurs faibles : Végétation brûlée ou sol dénudé
Valeurs comprises entre -1 et +1
Applications : Détection des incendies de forêt en cours, cartographie des périmètres brûlés, surveillance de la reprise de la végétation post-incendie.
dNBR (delta NBR) : L'indice différentiel dNBR = NBRavant − NBRaprès permet d'évaluer la sévérité des incendies. Les valeurs varient généralement entre -0,5 et +1,3. Une valeur positive élevée indique une plus grande sévérité du feu, tandis que des valeurs très négatives reflètent une régénération vigoureuse de la végétation. Le dNBR est utilisé pour l'évaluation des dégâts et la planification de la restauration post-incendie.
Disponibilité des données
Les indices sont visualisables à la volée sur la plateforme Copernicus Browser -> https://browser.dataspace.copernicus.eu
