Le modèle numérique d’élévation (MNE)

Le système de positionnement par satellite RTK (Real Time Kinematic) Trimble 5800 est une technologie de pointe qui permet d’obtenir des mesures de phase pour des résultats précis. Il a permis la réalisation du modèle numérique d’altitude pour l’ensemble du microbassin d’intervention. La précision du RTK est du domaine centimétrique, soit de 1-2 cm en mode horizontal et de 3-5 cm en mode vertical. Le système d’acquisition comporte une unité fixe, installée à un point élevé, près du centre de l’aire à cartographier à l’intérieur d’un rayon de 2 km et d’une unité mobile, installé sur un véhicule tout terrain (Figure 11). Le relevé a été effectué à l’automne 2004 et complété au printemps 2005, le long de transects parallèles à la longueur des champs et distants de 5-10 m les uns des autres. L’intervalle des observations (lag) à l’intérieur de chaque transect est de 2-3 m. De plus, les fossés et cours d’eau ont fait l’objet d’un relevé effectué à pied avec l’équipement mobile chargé sur le dos.

Après nettoyage des données douteuses, le MNE du microbassin (Figure 12) a été généré par krigeage anisotrope en utilisant une partie de la base de données pour le développement du

modèle avec le module Geostatistical Analyst d’ArcGIS et le reste pour la validation-croisée (Ka et al. 2006). La densité de prospection est en moyenne de 649 points par ha (n=10227). Quelques paramètres topographiques secondaires ont été dérivés du MNE à partir d’ArcGIS, soit la pente et l’indice d’humidité de surface (wetness index). Comme le rapporte Perron (2002), l’indice d’humidité de surface (ϖ) est souvent utilisé pour caractériser la distribution spatiale des zones de saturation en eau, caractéristique influençant la variabilité spatiale des propriétés du sol, soit

ϖ_T As _β T = ⎛ ⎝ ⎜ ⎞_⎠⎟ ln tan ouϖ = β ⎛ ⎝ ⎜ ⎞_⎠⎟ ln tan( ) As

où As représente l’accumulation des flux, T la transmissivité alors que β correspond à l’angle de la pente. L'indice d'humidité de surface (ϖ), tel que présenté, suppose que les propriétés du sol sont uniformes, c'est-à-dire que la transmissivité, à travers le paysage, est constante et d'unité égale [Moore et al., 1991]. La valeur de cet indice augmente lorsque l’accumulation en eau est élevée et que l’inclinaison de la pente est faible. Conséquemment, les valeurs plus faibles se retrouvent dans les zones sommitales alors que les résultats élevés caractérisent les fonds de vallées.

Figure 11 : Illustration de l’équipement et de la stratégie de mesure utilisés pour réaliser le relevé topographique de précision avec un système RTK Trimble 5800 : unité mobile et unité fixe.

Figure 12 : Modèle numérique d’élévation réalisé dans le microbassin d’intervention du Bras d’Henri à l’aide d’un système RTK Trimble 5800.

3.3.3 Acquisition d’images satellitaires et aéroportées 3.3.3.1 Les images ASTER

Les images ASTER (Figure 13) ont été choisies pour cette étude parce que le capteur ASTER possède deux bandes dans le visible (bandes 1 et 2 - vert et rouge) et une bande de 15 m dans le PIR (bande 3N,B) d’une résolution spatiale de 15 m x 15 m, résolution spatiale considérée minimale pour l’échelle de l’étude (échelle de la parcelle). Les six bandes dans le moyen infrarouge (30 m x 30 m) et les cinq bandes dans l’infrarouge thermique (90 m x 90 m) ne seront pas étudiées car leur résolution n’est pas suffisamment fine pour atteindre nos objectifs.

Figure 13 : Images ASTER couvrant le bassin versant du Bras d’Henri acquises le 23 juin 2000 (à gauche) et le 03 juin 2005 (à droite).

3.3.3.2 L’image IKONOS

Une image IKONOS a été acquise au-dessus du Bras d’Henri le 13 mai 2008 (Figure 14). Les caractéristiques du capteur IKONOS sont énumérées au tableau 7. Comme nous l’avons souligné précédemment, la résolution spatiale des images IKONOS est de 4 m x 4 m en mode multispectral (bleu, vert, rouge et proche infrarouge). Cette résolution spatiale correspond très bien aux objectifs de l’étude. Par ailleurs, l’utilisation d’une image IKONOS permettra d’évaluer l’impact de la résolution spatiale sur la cartographie numérique des sols en

Figure 14 : Image IKONOS acquise le 13 mai 2008 au-dessus de la partie nord du bassin versant du Bras d’Henri, près des deux microbassins expérimentaux.

3.3.3.3 Acquisition d’images multispectrales aéroportées

Les images multispectrales aéroportées ont été acquises par un groupe de recherche appliquée de l’Institut de technologie agricole et alimentaire (ITAA) de La Pocatière entre 13h56 et 14h27 le 12 mai 2004. Lors de l’acquisition, le ciel était exempt de nuages. Une caméra numérique Ducantech MS-310 CIR munie d’une lentille Tokina 17 mm reposant sur une base Wild RC-10A fixée au plancher au centre de l’aéronef d’un bimoteur de type Cessna 310c a été utilisée. La base Wild RC-10A permet l’ajustement du niveau et de la dérive. L’angle de la caméra par rapport au sol est de 90 degrés et est ajusté en vol manuellement. Il peut arriver qu’en raison de turbulence, l’angle change quelque peu. Cependant aucun enregistrement des changements d’angle de la caméra n’est mesuré puisque l’ajustement se fait mécaniquement. L’étalonnage de l’appareil numérique est effectué selon l’appréciation visuelle de l’image du photographe qui ajuste l’exposition et le gain de l’appareil en cours de vol. Malheureusement, aucun étalonnage avec référence au sol n’a été effectué pour cette image, ce qui en limite l’utilisation par exemple, pour le calcul des indices spectraux. La caméra couvre trois bandes, soit celles du proche infrarouge (800 nm ±40), du rouge (650 nm ±35) et du vert (550 nm ±35). Une résolution au sol de 1 m x 1m requiert que l’aéronef se situe à une altitude de 12 000 pieds. À 1 mètre par pixel soit une altitude de 12 000 pieds chaque image couvre 1 392 m de largeur par 1 040 m de hauteur (donc une résolution de 1 392 x 1 040 pixels). Les images ont ensuite été géoréférencées et une mosaïque a été crée (Figure 15). Pour des raisons de calibration, cette image multispectrale aéroportée n’a pas suibi de prétraitement.

Figure 15 : Mosaïque produite à partir des images multispectrales aéroportées acquises le 12 mai 2004 au-dessus de la partie nord du bassin versant du Bras d’Henri, près des deux microbassins expérimentaux.

3. 3.4 Prétraitement des images satellitaires