Extraction et Fusion d'Informations pour la mesure de Déplacement par Imagerie Radar – EFIDIR

Les données que fournissent à l'heure actuelle les capteurs RSO (Radar à Synthèse d'Ouverture) des satellites de
télédétection sont particulièrement volumineuses : typiquement 1 Gigaoctets est nécessaire pour archiver 1 couple
interferométrique d'une scène ERS de 100kmx100 km, et au moins 40 couples sont requis pour une série
temporelle. Pour permettre une exploitation complète et systématique de cette importante masse de données, il est
nécessaire de développer des techniques de traitement spécifiques permettant d'accéder à des informations
géologiques, géomorphologiques ou tectoniques. La disponibilité de cette grande quantité de données, associée
aux incertitudes sur les paramètres des modèles physiques (vérité-terrain et/ou systèmes d'acquisition) conduit à
faire appel aux techniques de fouille de données et de fusion d'informations.
Le projet EFIDIR a pour but de développer une plateforme ouverte d'archivage et de traitement adaptée d'une
part aux spécificités des données RSO et d'autre part aux grandes séries temporelles exploitées pour les mesures
de déplacement. Dans les années 90, grâce aux données acquises par la première génération de capteurs RSO
satellitaires (ERS-1, ERS-2, JERS, Radarsat-1), il a été montré que, par une utilisation judicieuse de séries
temporelles sur un site donné, il était possible de déduire, sur de grandes zones, des déplacements de l'ordre
d'une fraction de longueur d'onde. En particulier, sur des exemples de subsidences urbaines, l'interférométrie
différentielle sur réseau (utilisation de diffuseurs stables appelés PS : permanent scatterers) atteint des précisions
millimétriques sur le déplacement, mais nécessite de grandes séries temporelles (au moins 40 images). A l'heure
actuelle, des satellites RSO de nouvelle génération sont –ou vont être– placés sur orbite : ENVISAT, ALOS,
Radarsat-2, Terrasar-X et CSK. Associés le plus souvent à de nouvelles modalités (comme la polarimétrie), ces
capteurs délivrent de nouvelles données, encore plus volumineuses en terme d'espace de stockage car mieux
résolues, qui ouvrent la voie à de nouvelles applications, mais qui vont aussi requérir des reformulations des
chaînes de traitements actuellement utilisées.
La nécessité d'un projet « Masse de Données et COnnaissance » couvrant l'ensemble de la chaîne de
traitement de l'information s'explique d'une part par le volume et la nature des données (données brutes « RAW
data » ou images complexes multi-variées « SLC data » fournies par les agences spatiales) et d'autre part par les
divers phénomènes qui perturbent et enfouissent l'information recherchée : chatoiement, décorrélation,
perturbations atmosphériques… Pour obtenir des informations thématiques à partir de ces données multitemporelles
interférométriques et polarimétriques, une chaîne de traitements complexes doit être mise en oeuvre
(synthèse RSO, génération d'interférogrammes, décomposition PolSAR/Pol-InSAR, déroulement de franges,
géoréférencement, correction des artefacts, inversion du modèle géophysique,…). A l'heure actuelle, cette chaîne
n'existe que sous forme partielle au travers de logiciels commerciaux fermés et onéreux où il est très difficile
d'effectuer des adaptations pour une thématique nouvelle ou des données d'un nouveau type (haute résolution,
polarimétrique…) pour lesquelles ils n'ont pas été initialement prévus. Aussi, dans ce contexte de bases de
données spécifiques, la conception, la réalisation et la validation de codes spécifiques complémentaires aux
éléments de traitements disponibles en logiciel libre sont la finalité de ce projet.
L'application proposée est caractéristique de l'attente d'une communauté utilisatrice, les « géophysiciens », à
l'égard de la communauté « traitement de l'information » pour concevoir et rendre opérationnel des approches
originales capables de surmonter les verrous actuels grâce à l'exploitation de la masse de données et la prise en
compte de l'expertise du domaine. Le projet s'appuie pour celà sur des bases de données liées à plusieurs
thématiques originales telles que : i/ les mouvements de faible amplitude (mais de grande extension spatiale) liés
au remplissage de grands barrages (lac de Serre Ponçon, LG-ENS), ii/ les mouvements de surface des glaciers
(LISTIC-UdS, GIPSA-INPG, LTCI-ENST), localisés et de plus grande amplitude, pour lesquels, à la suite de l'ACI
Masse de Données MEGATOR (2004-2007), une vaste base de données diverses est disponible (ERS,
ENVISAT), en cours de fourniture (ENVISAT, ALOS, E-SAR) ou à fournir (pour les satellites non encore lancés :
Radarsat-2, Terrasar-X), iii/ les mouvements volcaniques (volcans mexicains « laboratoires » étudiés par le LGITUdS/
UJF). Dans ces différents cas, les chaînes de traitements actuelles ont montré leurs limites.
Le projet se découpe en trois sous projets : i/ SP1 qui a pour but de développer des outils complémentaires de
traitement de signal et d'images justifiés par les thématiques proposées. Pour cela, seront menés des travaux sur
les "cibles cohérentes" et sur la refocalisation, ainsi que sur l'introduction dans ce contexte d'outils dédiés aux
données polarimétriques. ii/ SP2 qui a pour but d'intégrer ces outils dans des plateformes logicielles permettant de
remonter aux paramètres de déplacement du sol. Il s'attachera d'une part aux petits déplacements (en s'appuyant
principalement sur les "cibles permanentes"), et d'autre part aux grands déplacements (avec un accent particulier
sur les données polarimétriques). iii/ SP3, étape de fusion d'informations, qui a pour but de permettre le passage à
des grandeurs géophysiques. Cette dernière phase validera la chaîne de traitement complète sur des applications
thématiques pilotes.
Afin d'atteindre ces objectifs, ce projet pluridisciplinaire associe 4 laboratoires « STIC » spécialistes du
traitement des images RSO et de la fusion d'informations et 2 laboratoires des sciences de la Terre. Ce
regroupement garantit le développement et la diffusion d'outils méthodologiques guidés et validés par les
applications. Ces avancées permettront de transformer la masse de données issue de l'imagerie radar satellitaire
en mesures de déplacement et d'enrichir ainsi la connaissance des phénomènes géophysiques observés.