Exercice 6: Fonte des neiges

L’hydrologie, c’est l’étude de l’eau douce. Celle qui tombe sous forme de pluie ou de neige, qui ruisselle sur le sol, qui coule dans les rivières et les lacs, et qui se transforme parfois en glace. Le suivi de la quantité et de la qualité de la ressource en eau est primordial.

La télédétection est très utile pour obtenir des informations sur la nature de l’eau (gelée ou non), sa distribution et son comportement. Les exercices suivants vous montreront comment un spécialiste en télédétection peut venir en aide aux hydrologues.

Vous travaillerez ici avec des images radar du satellite canadien RADARSAT-1. La zone à l’étude est une section de la rivière Chaudière, entre les municipalités de Vallée-Jonction et Saint-Joseph de Beauce, au sud de Québec. La rivière coule vers le nord-ouest, à travers une plaine inondable. De part et d’autre, on retrouve des forêts et des terres agricoles. C’est une région sensible aux inondations.

St-Joseph

Cas 1: Détecter la neige humide

Lorsque la neige commence à fondre, elle devient plus humide. Cette information est importante pour les hydrologues afin de prévoir une augmentation de l’eau qui ruissellera bientôt vers les rivières ou les réservoirs hydro-électriques. Cela peut signifier un risque prochain d’inondation ou encore, une réserve d’eau accrue pour produire de l’électricité. La présence d’eau dans la neige a pour effet d’absorber le signal radar. Donc, sur une image radar, les zones de neige humide sont plus sombres.

EXERCICE 1: Sur l’image du 11 avril 2008 de la rivière Chaudière, êtes-vous capable de cartographier la neige humide?

Voici comment les spécialistes procèdent:

Analysez d’abord l’histogramme de l’image, c’est-à-dire la distribution des niveaux de gris sur l’image. Sur un histogramme, on peut obtenir trois informations principales:

  • Y-a-t-il une grande variété de teintes de gris sur l’image?
  • Quels niveaux de gris se retrouvent en plus grand nombre sur l’image
  • Peut-on distinguer des groupes différents?

Dans l’exemple 1, on retrouve une faible variété de teintes de gris (valeurs entre 50 et 150) et le plus fréquent est le niveau 100. Dans l’exemple 2, on retrouve un grande variété de teintes (entre 0 et 255) et le niveau le plus fréquent est 90. Dans l’exemples 3, on retrouve un bonne variété de niveaux de gris (entre 15 et 195) et on observe surtout deux groupes distincts, l’un vers le niveau 50 et l’autre vers le niveau 150.

Histogramme Example 1 Histogramme Example 2 Histogramme Example 3
Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3

Pour votre étude, commencez par l’histogramme de l’image du 4 avril, alors que la neige est encore sèche. Qu’observez-vous?

1 ou 2 groupes?

Quelle est la teinte de gris la plus fréquente?


4 avril 2008
Histogramme 4 avril 2008

Étudiez maintenant l’histogramme du 11 avril, alors que la neige y est très humide. Qu’observez-vous?

1 ou 2 groupes?

Quels sont les niveaux de gris les plus fréquents


11 avril 2008
Histogramme 11 avril 2008

2. Maintenant, à vous de déterminer le seuil, c’est-à-dire le niveau de gris qui sépare la neige humide du reste de l’image. Donc, à partir de l’histogramme, pouvez-vous dire quelle est la teinte de gris maximale de la neige humide sur cette image?

Pour chacun de ces choix, vous verrez en rouge, tous les pixels inférieurs à cette valeur. C’est au spécialiste de trouver le bon seuil, pour ne pas sous-estimer ou surestimer la présence de neige humide. Qu’en pensez-vous?

Cas 2: Cartographier les zones inondées

Tel qu’anticipé, la neige a fondu rapidement et le débit de la rivière a augmenté dangereusement. À tel point qu’elle déborde et cause bien du souci aux résidents du secteurs et aux organismes de sécurité civile. Dans un tel cas, il est très utile de connaître les secteurs touchés ou à risque et le spécialiste en télédétection pourra de nouveau fournir une information pertinente.

Pour le radar, une surface d’eau libre est impénétrable et agît comme un miroir. Le signal radar s’y réfléchit et s’éloigne dans la direction opposée au capteur. Ainsi, ce dernier ne mesure presqu’aucun retour et sur l’image, les zones inondées paraissent encore plus sombres que l’exemple de la neige humide.

EXERCICE 2: Sur l’image du 20 avril 2008 de la rivière Chaudière, êtes-vous capable de cartographier les zones inondées

Le principe est le même que pour la neige humide, c’est-à-dire d’analyser l’histogramme et de déterminer le seuil en dessous duquel on est en présence d’eau libre.

Analysez d’abord l’histogramme de l’image. Qu’observez-vous?

1 ou 2 groupes?

Quelle est le niveau de gris le plus fréquent?


20 avril 2008
Histogramme 20 avril 2008

2. Comme dans l’exercice précédent, à vous de choisir maintenant le seuil vous permettant de cartographier correctement la zone inondée.

Pour chacun de ces choix, vous verrez en bleu, tous les pixels inférieurs à cette valeur. C’est au spécialiste de trouver le bon seuil, pour ne pas sous-estimer ou surestimer la zone inondée. Qu’en pensez-vous?