LE PROJET EFIDIR

EFIDIR : Extraction et Fusion d’Informations pour la mesure de Déplacement par Imagerie Radar – projet ANR Masse de données et Connaissances 2008-2011

Partenaires :

  • Université Savoie Mont Blanc / LISTIC : Laboratoire d’Informatique, Systèmes, Traitement de l’Information et de la Connaissance.
  • Université de Rennes 1 / IETR : Institut d’Electronique et de Télécommunications de Rennes.
  • CNRS  / GIPSA-Lab : Grenoble Image Parole Signal Automatique.
  • CNRS  / LTCI : Laboratoire Traitement et Communication de l’Information, Télécom ParisTech.
  • CNRS  / LGIT : Laboratoire de Géophysique Interne et de Tectonophysique, Chambéry/Grenoble.
  • CNRS  / LG : Laboratoire de Géologie, ENS Paris. 

Coordinateur :

Emmanuel TROUVÉ, LISTIC, Université Savoie Mont Blanc. 

emmanuel.trouve@univ-savoie.fr 

Site web :

http://www.efidir.fr/

Résumé :

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 multi-temporelles interférométriques et polarimétriques, une chaîne de traitements complexes doit être mise en œuvre (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 :

  • les mouvements de faible amplitude (mais de grande extension spatiale) liés au remplissage de grands barrages (lac de Serre Ponçon, étudié par le LG),
  • les mouvements de surface des glaciers (LISTIC, GIPSA, LTCI), 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),
  • les mouvements volcaniques (volcans mexicains « laboratoires » étudiés par le LGIT). Dans ces différents cas, les chaînes de traitements actuelles ont montré leurs limites.

Le projet se découpe en trois sous projets :

  1. 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.
  2. 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).
  3. 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.