Le principe de base de la télédétection

Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention de la diplôme de :
MAITRISE EN SCIENCES ET TECHNIQUES EN GEOPHYSIQUE APPLIQUEE
Option: Mines et Environnement

La télédétection est une technique qui permet d’obtenir de l’information sur la surface de la Terre sans contact avec celle-ci. Elle regroupe tous les processus qui consistent à capter et à enregistrer d’un rayonnement électromagnétique. Le traitement et l’analyse des informations véhiculées par le rayonnement enregistré permettent d’accéder à certaines propriétés de cette cible : géométrique (position, forme et dimension), optique (réflexion, transmission, absorption, etc.) et physico-chimique (température, teneur en eau, chlorophylle foliaire, phyto-masse, matière organique du sol,…), etc.

Son principe 

Le principe de base de la télédétection est similaire à celui de la vision de l’homme. La télédétection est le fruit de l’interaction entre trois éléments fondamentaux : une source d’énergie, une cible et un vecteur. La cible est la portion de la surface terrestre observée par le satellite. Sa taille peut varier d’une dizaine de kilomètres carrée à plusieurs milliers.

Une vectrice ou plate forme de télédétection mesure l’énergie solaire (rayonnement électromagnétique) réfléchie par la cible. Le vecteur peut être un satellite ou un avion dominant la cible de quelque centaine de mètre à 36 000kilomètres. Les capteurs embarqués sur le satellite mesurent le rayonnement électromagnétique réfléchi, puis un émetteur renvoie l’image sur terre vers des stations de réception.

Le rayonnement électromagnétique

Premièrement, une source d’énergie sous forme de rayonnement électromagnétique est nécessaire pour illuminer la cible, à moins que la cible ne produise elle-même cette énergie.

Selon la théorie des ondes, tout rayonnement électromagnétique possède des propriétés fondamentales et se comporte de façon prévisible. Le rayonnement électromagnétique est composé d’un champ électrique (E) et d’un champ magnétique (M). Le champ électrique varie en grandeur et est orienté de façon perpendiculaire à la direction de propagation du rayonnement. Le champ magnétique est orienté de façon perpendiculaire au champ électrique. Les deux champs se déplacent à la vitesse de la lumière (c).

Pour comprendre la télédétection, il est indispensable de saisir les deux composantes du rayonnement électromagnétique qui sont la longueur d’onde et la fréquence. La longueur d’onde équivaut à la longueur d’un cycle d’une onde, ce qui correspond à la distance entre deux crêtes successives d’une onde. La longueur d’onde est représentée habituellement par la lettre grecque lambda, et est mesurée en mètres ou en l’un de ces sous multiples tels que les nanomètres (nm, 10⁻⁹ mètre), micromètres (µm, 10⁻⁶mètre) ou centimètres (cm, 10⁻² mètre). La fréquence représente le nombre d’oscillations par unité de temps. Normalement, la fréquence est mesurée en Hertz (Hz) (c’est-à-dire en oscillations par seconde) ou en multiples d’Hertz .

Application à la géologie et à la géomorphologie 

Le principe d’utilisation de la télédétection en exploration géologique et géomorphologique est principalement fondé sur l’analyse des réponses spectrales de chaque unité structurale. Ces méthodes ont été héritées de la photogéologie. Les réponses attendues de l’analyse des données des différents moyens sont de type : lithologique, minéralogique, structurale et beaucoup d’autres. [02] La reconnaissance des types de roches en télédétection peut être directe ou indirecte. Elle est directe quand les roches considérées affleurent en surface, sans qu’il y ait de couverture végétale ou de sols. Dans ce cas, elle peut s’appuyer sur une analyse de l’interaction entre la roche et les ondes électromagnétiques porteuses de l’information télédétectée. Cependant, dans la plupart des cas, les roches ne sont pas directement visibles en surface, et leur reconnaissance doit s’appuyer sur des connaissances géologiques. On passe donc à l’identification et à l’interprétation géologique in situ.

LA PROSPECTION MAGNETIQUE

Généralités

La Géophysique ou Physique de la terre a pour but d’étudier les propriétés physiques du globe terrestre. Son objectif principal est de connaître la constitution de la terre à partir des propriétés physiques qui leur sont associées.

On sépare la géophysique du globe de la géophysique appliquée pour des raisons d’échelle (spatiale et temporelle). Par conséquent, le géophysicien a toujours à l’esprit les trois mots clefs suivants : dynamique, structure ou modèle et échelle. Pour notre cas, on va se cantonner à la géophysique appliquée qui étudie seulement la croûte. La dénomination « appliquée » vient du fait que le sou sol contient des matières premières susceptibles d’être exploitées par l’homme.

Objectif

Le géomagnétisme a pour objet l’étude du champ magnétique terrestre. Leur application se porte sur les trois domaines suivants : En physique du globe, l’étude des variations temporelles du champ dans des échelles de temps, couvrant près de vingt ordres de grandeur, permet d’en préciser et d’en modéliser ses parts externes (Magnétosphère et ionosphère) et interne (circulation dans le noyau terrestre, effet dynamo, composantes mantellique et lithosphérique). En géodynamique, grâce à l’archéomagnétisme et au paléomagnétisme, on peut reconstituer les mouvements passés des plaques lithosphériques. En géophysique appliquée à la prospection, l’étude des anomalies magnétiques apporte des informations sur les sources plus ou moins profondes dans la croûte terrestre qui peuvent intéresser le prospecteur.

La susceptibilité magnétique

La susceptibilité magnétique χ c’est le degré de magnétisation d’un corps. Mais, dans la prospection magnétique, on parle la susceptibilité magnétique des roches et elle joue un rôle important. Elle permet de caractériser la composition magnétique des roches. Tous les matériaux peuvent être classés à l’intérieur de trois groupes définissant leurs propriétés magnétiques : diamagnétisme, paramagnétisme, ferromagnétisme (et ferrimagnétisme). On dit que:
– le matériau est diamagnétique si sa susceptibilité magnétique est négative, comme le quartz, feldspath, sel…etc.,
– le matériau est paramagnétique si sa susceptibilité magnétique est positive, comme les gneiss, pegmatite,…etc.,
– le matériau est ferromagnétique et ferrimagnétique si ses susceptibilités magnétiques sont positives, comme la magnétite, ilménite,…etc.

Magnétisme induit et rémanent 

Aimantation induite

Le champ magnétique de la terre crée de l’aimantation dans les roches. Il est faible en comparaison avec un électroaimant. Le degré de magnétisme induit dépend de l’intensité du champ terrestre au point particulier ainsi que d’une caractéristique de la roche connue sous le nom de la susceptibilité magnétique.

Magnétisme Rémanent

En plus de l’aimantation induite par le champ magnétique de la terre, quelques roches et minéraux possèdent une aimantation rémanente qui est due à l’aimantation rémanente de leurs grains ferromagnétiques constituants. Dans quelques roches et minerais, l’aimantation rémanente pourrait dominer l’aimantation induite complètent et il peut être orienté dans une direction différente à celle du champ magnétique terrestre et il peut, en effet, être opposé au champ terrestre. Ceci est le résultat du fait que le champ terrestre, au moment où les roches étaient magnétisées, avait une orientation différente à celle du champ actuel. L’aimantation rémanente pourrait résulter d’une cause ou une autre ou une combinaison des causes telles que les suivantes :
-le refroidissement d’une roche dans un champ magnétique ;
-la formation chimique ou la cristallisation dans un champ magnétique ;
-la tendance des grains magnétiques d’être orienté s dans la direction du champ magnétique au cours de la sédimentation.

LISTE DES ACRONYMES/ABREVIATIONS

3D : Trois dimensions
BD 200 : Base des données à l’échelle 1/200000
BD 500 : Base des données à l’échelle 1/500000
Bloc C : Localisation de la zone d’étude de levés géophysiques du PGRM ,2003
ERTS : Earth Ressources Technology Satellite
ESPA : Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo
ETM+ : Enhanced Thematic Mapper plus
Hz : Hertz
IOGA : Institut et Observatoire Géophysique d’Antananarivo
km : kilomètre
m : mètre
MIR : Moyen Infra Rouge
MSS : Multi Spectral Scanner
MSTGA : Maîtrise en Sciences et Techniques en Géophysique Appliquée
N45° : Nord 45°
OMNIS : Office Militaire National pour les Industries Stratégiques
PIR : Proche Infra Rouge
RCM : Remote Control Multiplexer
RVB : Rouge Vert Bleu
SGDM : Société Géosciences pour le Développement de Madagascar