Le programme Terrafirma
En novembre 2001, le Conseil de l'Agence Spatiale Européenne (ESA -European Space Agency) a approuvé un nouveau programme de cinq ans consacré à la Surveillance Globale pour l'Environnement et la Sécurité (programme GMES - Global Monitoring for Environment and Security) appelé GSE (GMES Service Element) en abrégé.
Le GSE fournit des services sur la politique à suivre aux utilisateurs finaux, principalement (mais pas exclusivement) à partir des sources d'observation de la Terre. Le GSE est un élément clé de GMES, parce qu'il permettra aux utilisateurs de devenir des acteurs-clés dans la migration des générations actuelles de satellites d'observation de la Terre vers les futurs systèmes européens qui fourniront l'information vitale en matière d'environnement et de sécurité.
GMES est un système d'aide à la décision à destination des services et administrations publiques, des décideurs et des autorités. Ses activités incluent l'acquisition, le traitement et la transmission (réalisée par les services géologiques nationaux) de l'information sur les conditions environnementales et les risques majeurs naturels ou anthropiques.
Au niveau régional des pays de l'Union européenne, GMES, à travers les bureaux des services géologiques nationaux, s'engage à rendre disponible l'information sur le développement régional, le transport, l'agriculture, et les ressources naturelles ainsi que sur leur utilisation raisonnable. GMES pourrait également assister les autorités locales en résolvant les problèmes géo-environnementaux.
Le programme Terrafirma* dirigé par Nigel Press Associates (NPA en Grande-Bretagne), est un des dix Services soutenus par le programme ESA-GMES. Terrafirma (phase 1 - 2003-2005) va consolider ses activités au cours d'une deuxième phase de trois ans (2006-2008). Il vise à fournir un service d'information au niveau européen sur les risques liés aux mouvements du sol. Il est distribué dans l'ensemble de l'Europe par l'intermédiaire des services géologiques nationaux. (* Ce lien s'ouvrira dans une nouvelle page)
Le 13 mai 2004, le Service Géologique de Belgique a signé un accord de partenariat avec Terrafirma. En 2004 (Terrafirma - phase I), le Service Géologique de Belgique a recu la première zone d'étude en Belgique concernant Bruxelles et ses environs. Le traitement informatique des images radars a été réalisé par Tele-Rilevemento-Europa (une spin-off de la faculté Polytechnique de Milan). En 2006 (Terrafirma phase II), les images radars de la deuxième zone comprenant Liège-Visé-Maastricht et une partie de la Campine ont été traitées par le Groupe NPA.
Les images radars, issues des satellites européens (ERS1, ERS2 et Envisat), utilisées dans le programme Terrafirma proviennent de milliers d'images archivées par l'Agence Spatiale Européenne depuis 1992.
L'acquisition de données satellitaires permet l'identification de déplacements à l'échelle millimétrique de la surface du sol. La technologie d'interférométrie radar est utilisée par le Service Géologique de Belgique. Elle facilitera la surveillance des déformations du sol notamment dans les secteurs urbains et miniers.
Les zones étudiées en Belgique par interférométrie radar
Pendant 15 ans, les satellites européens ERS-1, ERS-2 et Envisat ont fourni des données radar de haute qualité. Elles sont employées dans des buts scientifiques et commerciaux. Les archives des images satellites de l'Agence Spatiale Européenne incluent plus d'un million d'images satellites. Chaque image correspond à une surface de 100x100 km2. La méthode par interférométrie radar (technique PSInSAR) permet l'identification de dizaines de milliers de points de contrôle qui indiquent les déformations du sol à l'échelle millimétrique.
Actuellement, deux zones sont en cours d'étude (vert) et la troisième (rouge) pourrait faire l'objet d'une prochaine étude dans le cadre d'une nouvelle convention pour laquelle le financement est recherché.
Fond topographique provenant des cartes de l'IGN à l'échelle 1:100 000 (© Institut Géographique National). Les limites régionales (Flandre, Wallonie et Bruxelles) sont en traits noirs.
Zone A: Bruxelles, Zone B: Liège-Campine, Zone C: Mons-Strépy.
La première zone analysée en Belgique couvre une superficie de 900 km2 (en vert sur l'image ci-dessous). Cette zone couvre la quasi totalité de la Région de Bruxelles. La zone couvre partiellement les communes de Vilvoorde-Zaventem (nord) à Louvain-la-Neuve (sud) et de Halle (ouest) à Wavre (est). Ces données satellites seront inclues au sein du projet BUG qui a pour objectifs de modéliser en trois dimensions (3D) la géologie du sous-sol de la ville de Bruxelles et de produire de nouvelles cartes digitales à l'échelle 1:5 000.
Fond topographique provenant des cartes de l'IGN à l'échelle 1:100 000 (© Institut Géographique National). Les limites régionales sont matérialisées par un trait noir.
Dans la deuxième phase du programme Terrafirma, une nouvelle zone centrée sur Liège et la Campine a été obtenue. Elle couvre une superficie de 3000 km². Elle se situe à cheval sur les Provinces de Liège (sud) et du Limbourg (Nord). La zone inclut également une partie du Limbourg des Pays-Bas.
Fond topographique provenant des cartes de l'IGN à l'échelle 1:100 000 (© Institut Géographique National). Les limites régionales sont matérialisées par un trait noir.
Une troisième zone (en rouge) située en Province du Hainaut recouvre l'ancien sillon industriel charbonnier depuis la frontière belgo-francaise jusqu'à Strépy-Thieu.
Fond topographique provenant des cartes de l'IGN à l'échelle 1:100 000 (© Institut Géographique National). Limite régionale en trait noir.
Les satellites utilisés
Le premier satellite européen de télédétection (ou ERS-1) a été lancé en juillet 1991 par l'Agence Spatiale Européenne. Il emploie les techniques avancées des micro-ondes pour acquérir des mesures et des images indépendamment des nuages et des conditions de luminosité du soleil.
Par comparaison avec les systèmes des satellites actuels, ERS-1, et maintenant ERS-2 ont l'avantage de permettre la mesure simultanée de certains paramètres, y compris ceux de l'état de la mer, des vents de surface en mer, de la température de surface de la mer, de la circulation océanique et du niveau des mers et des glaces, ainsi que toutes les images, quelque soit les conditions atmosphériques, de l'océan, des glaciers et de la terre. Ces satellites constituent un système expérimental et pré-operationnel: la nature de son orbite et de ses sondes embarquées permettent une mission globale fournissant une couverture géographique mondiale et répétitive, principalement orientée vers la surveillance de l'océan et des glaces, mais avec une capacité d'imagerie micro-ondes en haute résolution, indépendemment des conditions atmosphériques, sur le continent et les zones côtières.
Le satellite ERS-1 - { http://earth.esa.int/ers/ }* - lancé le 17 juillet 1991, effectue sa révolution sur une orbite héliosynchrone à une altitude de 780 km.
Le satellite a trois modes d'opérations fonctionnant selon une révolution récurrente:
- de 35 jours en standard
- de 3 jours pour un cycle mieux adapté à l'étude des glaces pendant l'hiver arctique
- et de 168 jours pour des études géodésiques.
Le volume de données produites par ERS-1 est énorme: plus d'un million de bits par seconde juste en provenance des sondes dites "à débit binaire bas" et 100 millions de bits par seconde à partir du Radar à Synthèse d'Ouverture (SAR). Les bases de données issues des sondes "à débit binaire bas" sont stockées à bord et transférées lorsque le satellite passe au-dessus de trois stations spécifiques au sol. Les données du SAR sont transmises en temps réel.
L'objectif du premier satellite européen de télédétection était d'augmenter sensiblement la quantité et la qualité des données scientifiques au sujet de la Terre et de son environnement. Initialement d'intérêt scientifique, les projets développés utilisant des données d'ERS-1 ont démontré que des applications pratiques et également viables commercialement sont possibles aujourd'hui. De la surveillance des récoltes, de la déforestation tropicale et des inondations sur les continents, à la détection des nappes d'huile, des relations mer-glace et des conditions atmosphériques sur les océans, ERS-1 a fourni une richesse d'information qui est utilisée de manière pratique.
Le satellite ERS-2 - { http://www.esa.int/esaEO/SEMWYN2VQUD_index_0_m.html }* - lancé le 21 Avril 1995, effectue sa révolution toutes les 100 minutes à une altitude de 780 km sur une orbite héliosynchrone passant au-dessus des pôles Nord et Sud pour une révolution standard de 35 jours. Il a effectué une mission en tandem avec ERS-1 jusqu'au 10 mars 2000.
Le traitement et la distribution des données d'ERS a lieu en deux étapes. Une partie des données est encore traitée sur place dans les stations au sol et seulement transmise après aux utilisateurs par satellite ou par le réseau informatique. Le résultat est que les données sur le vent et les vagues arrivent dans les centres d'études météorologiques dans le monde endéans les 3 heures qui suivent l'observation. Les images SAR peuvent être fournies aux utilisateurs à partir de certaines stations au sol en moins d'une heure, avec une certaine perte de résolution cependant. Les images à haute résolution sont disponibles en Europe dans un délai de 24 heures.
Le satellite ENVISAT - { http://envisat.esa.int/ }* - embarque à bord 10 instruments optiques et radars sophistiqués qui permettent de fournir une information continue et une surveillance du sol sur les continents, l'atmosphère, l'océan et les calottes glaciaires. L'instrument le plus large embarqué est le Radar Avancé à Synthèse d'Ouverture qui opère dans la bande C et qui assure la continuité de la prise d'images radars de ERS-2. Son altitude est d’environ 780 km et son orbite est héliosynchrone. Son cycle de phasage est de 35 jours.
D’autres satellites utilisés pour l’interférométrie radar existent, il s’agit :
De nouvelles missions sont envisagées dans les prochaines années et concernent le lancement notamment des satellites suivants :
* Cette page s'ouvre dans une nouvele fenêtre
Les objectifs poursuivis par le SGB
Le Service Géologique de Belgique a démarré un programme d'identification spatio-temporelle des déformations du sol en relation avec des aléas naturels et géologiques en zones urbaines et rurales. Certains aléas sont connus mais leurs extensions cartographiques ne le sont pas. L'identification des déformations du sol observées par interférométrie radar (technique PSInSAR) permettra d'obtenir une information utile et précise sur la stabilité des terrains dans les communes étudiées.
En Belgique, les données d'interférométrie radar des satellites européens seront particulièrement utiles pour détecter, cartographier, quantifier et suivre l'évolution des déformations du sol:
- dans les zones concédées pour l'exploitation du charbon. Des mouvements soit de soulèvement lié à la remontée des nappes aquifères après arrêt de l'exploitation et abandon de l'exhaure soit d'effondrement localisé,
- à l'aplomb d'anciennes carrières souterraines (craie, craie phosphatée, grès, ardoises, gisements métalliques, etc.),
- dans les zones de captage et de pompage d'eau dans les nappes aquifères,
- dans les zones à contrainte karstique élevée,
- dans les grands centres urbains du pays,
- sur des sites historiques ou des sites classés du patrimoine,
- des ouvrages d'art (ponts, autoroutes, tunnels, etc.),
- etc.
Les données PSInSAR permettent d'obtenir une information sur la vitesse annuelle moyenne (en mm/an) pour des dizaines de milliers de points de contrôle (récepteurs permanents) à l'échelle du millimètre et pour de grandes superficies (plusieurs milliers de km2). Une densité de plusieurs centaines de récepteurs permanents par km2 en zone urbaine ne peut être atteinte par une autre technique tel que le nivellement ou l'implantation de stations GPS.
L'équipe du SGB
- Responsable du projet au SGB et représentant le SGB au sein de Terrafirma: Dr Xavier Devleeschouwer.
- Collaborateur: Pierre-Yves Declercq (Géologue SIG, contractuel)
- Collaborateur: Franck Pouriel (Géologue - géomaticien, sur contrat en 2005 et 2006)
