Infrarouge thermique : comprendre les pratiques et évaluer les besoins

Le Centre d’Expertise Scientifique Température de surface et Émissivité (CES LST/LSE) a pour objectif de fédérer les laboratoires nationaux travaillant sur l’estimation de la LST (Land Surface Temperature) et de la LSE (Land Surface Emissivity) à partir de données disponibles dans l’infrarouge thermique. L’objectif est d’améliorer la qualité de ces produits et de les proposer à la communauté. Dans ce cadre, un sondage a été diffusé début 2020 afin de mieux cerner les besoins des communautés utilisatrices, les difficultés rencontrées et préciser les améliorations à apporter pour fournir des produits adaptés et de meilleure qualité.

Une petite communauté IRT

41 personnes ayant des niveaux de connaissance en données infrarouge thermique (IRT) variables et issus de secteurs professionnels différents ont répondu à ce sondage (Figure 1). Le secteur le plus représenté est celui de la recherche académique (60 %) et le domaine d’application prépondérant est le milieu urbain (47 %), résultant peut-être d’un biais lié au réseau de diffusion du sondage. Cependant, le panel d’utilisations évoquées par les participants est très large. Il couvre aussi bien des activités de recherche très amont comme l’amélioration des estimations et le développement de chaînes de traitements que des applications plus avales voire commerciales. Les réponses montrent la grande diversité d’applications et confirment l’intérêt et le besoin en données et produits IRT dans tous les secteurs. Près de 80 % des sondés utilisent déjà des données IRT. Principalement des données satellites téléchargées en ligne et, dans une moindre mesure, des données aéroportées et sol. Les données drones, quant à elles, sont encore peu courantes. En outre, il est fréquent qu’une personne utilise plusieurs types de données. Même si la luminance non corrigée pour les effets de l’atmosphère (TOA) et la LST sont les plus populaires, les autres niveaux de traitements sont également utilisés de manière significative. 70 % des utilisateurs ont indiqué réaliser des traitements a posteriori sur les données.

Figure 1. Profil des personnes ayant répondu à l’enquête Température et émissivité de surface

Les principales limitations rencontrées lors de l’utilisation de produits IRT sont les résolutions spatiales et temporelles insuffisantes ainsi que le manque de précision, d’information et de validation concernant les estimations. Ces limitations sont également évoquées par les futurs utilisateurs, auxquelles s’ajoutent les difficultés d’accès et d’utilisation. (Figure 2)

Figure 2. Principales limitations citées par les participants à l’enquête. La surface représente la part de chaque réponse
dans le total. Plusieurs réponses étaient possibles

Cerner les attentes des utilisateurs

Les réponses recueillies ont permis de mieux cerner les attentes des utilisateurs et d’exprimer des besoins précis concernant les futurs produits IRT. (Figure 3) Bien que la LST soit le paramètre le plus recherché, la demande pour des cartes de LSE, des méthodes et chaines de traitements, des protocoles de validation et un jeu de référence est également significative. Les préférences exprimées concernant les spécificités des produits LST/LSE sont une résolution spatiale inférieure à 50 m et une résolution temporelle hebdomadaire, journalière voire horaire avec une couverture locale ou régionale.

Figure 3. Produits attendus par les participants à l’enquête. Chaque surface représente la part d’un produit dans le total des réponses. Plusieurs réponses étaient possibles.

Il faut cependant préciser qu’il est très peu probable qu’il soit possible d’obtenir des cartes de LST à une l’échelle déca-métrique au pas de temps horaire à partir de données satellites dans un futur proche. Le nombre important d’applications sur le milieu urbain explique les demandes en résolutions spatiales fines mais pas seulement, d’autres domaines d’applications sont également intéressés (agriculture et forêt notamment). Concernant la précision des futurs produits, la moitié des sondés se sont exprimés pour la LST souhaitant majoritairement une précision d’un 1 K. Il a également été mentionné l’importance de l’erreur relative pour ce paramètre, qui devrait être dans l’idéal autour de 0.1 K. Pour la LSE, seul 20 % ont répondu indiquant une précision entre 0.5 et 1 %. Globalement, ces résultats soulignent l’écart important entre les attentes et les produits IRT disponibles.

Les futures missions satellites IRT comme TRISHNA (Lire Bulletin n°13), LSTM ou Hyspiri, pourront potentiellement y répondre, impliquant la préparation des futurs produits et le développement de techniques de désagrégation et fusion de données pour atteindre les précisions et résolutions attendues.

Un important besoin de sensibilisation et d’information

Un point important mis en avant par les réponses est le manque de connaissance des utilisateurs concernant les données, les méthodes d’estimation de la LST/LSE et donc les biais associés. 36 % des sondés estiment ne pas connaître suffisamment les données et produits IRT et considèrent cela comme une importante limitation à leur utilisation. Une personne travaillant pour une collectivité a souligné le bénéfice apporté par les données thermiques pour l’application « confort thermique en ville et dans les espaces périurbains » mais également l’accessibilité limitée et l’impossibilité de réaliser les traitements nécessaires. Cette observation renforce l’intention du CES de proposer des activités de sensibilisation et d’information sur les données thermiques. Il est également encourageant de constater que la plupart des personnes possédant des jeux de données IRT, issus de campagnes d’acquisition intensives, ou ayant développé des outils de traitement sont favorables à partager ces données. Le CES LST/LSE a donc entrepris de recenser ces données et outils pour ensuite faciliter leur dissémination.

Figure 5. Températures de surface à différentes échelles
De gauche à droite : MODIS 1 km (Nasa), ASTER 90 (Nasa), données aéroportées 4 m (campagne Desirex, ESA), LST modélisée 0,5 m, (SOLENE-Microclimat), mesures au sol ~2 cm

Une feuille de route pour le développement de produits adaptés

En conclusion, il y a une forte demande pour les produits LST et, dans une moindre mesure, LSE à des résolutions spatiales et temporelles fines pour des applications très variées dans différents secteurs. Pour y répondre, il est essentiel de développer les techniques d’estimation et de désagrégation des données IRT, en particulier en vue des futures missions IRT. Il est aussi primordial de travailler sur la précision des estimations, d’évaluer et de documenter clairement les produits fournis. Cela se traduit par un travail approfondi sur l’amélioration des méthodes d’estimation, en particulier en milieu hétérogène et, surtout, sur des protocoles et des données pour réaliser des validations fiables. Dans ce cadre, les acquisitions par drones et le traitement des données associées pourrait être plus exploitées. De plus, il existe déjà plusieurs jeux de données thermiques disponibles sur lesquels s’appuyer et une volonté des utilisateurs à partager et mutualiser les efforts. Un dernier point mis en avant par ce sondage est l’importance d’informer et de sensibiliser les utilisateurs aux spécificités des données IRT afin d’en faciliter la compréhension et l’utilisation. Toutes ces observations rentrent pleinement dans le rôle du CES exprimé lors de sa création qui comprend quatre axes : Produits, Améliorations, Sensibilisation, Fédération.

Figure 4. Domaines d’application actuels et futurs.

Contact

Laure Roupioz
Ingénieure de recherche à l’Onera
@L.Roupioz

Aurélie Michel
Ingénieure de recherche à l’Onera
@A.Michel

L’intégralité des résultats peut être téléchargée sur la page du CES

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