L'imagerie optique a une faiblesse qu'aucun niveau de résolution ne peut corriger. Elle nécessite la lumière du jour et un ciel dégagé, et dans les tropiques, dans le grand nord et tout au long de l'automne et de l'hiver sur une grande partie de l'Europe et de la Russie, une année entière peut ne donner qu'une poignée d'images exploitables et sans nuages. Les inondations, les événements les plus importants à observer depuis l'orbite, arrivent en même temps que les intempéries qui les masquent. Le radar n'a pas ce problème, mais le prix à payer est qu'une image radar n'est pas une photographie du paysage et ne peut pas être lue comme telle.

Pourquoi le radar est différent

Un capteur optique est passif et recueille la lumière du soleil réfléchie. Un radar est actif. Il émet une impulsion de micro-ondes et mesure ce qui revient, de sorte que la lumière du jour et les nuages n'ont plus d'importance, car les micro-ondes traversent les gouttelettes d'eau, et la couleur disparaît complètement de l'image. Un toit rouge et un toit gris semblent identiques. Un champ sec et un champ humide de la même culture semblent complètement différents.

Comment lire une image radar

La luminosité ne signifie qu'une seule chose : la quantité d'énergie émise qui est revenue. Cela dépend de la géométrie de la surface et de la teneur en eau :

• Les surfaces lisses réfléchissent l'impulsion à l'opposé comme un miroir. L'eau calme, l'asphalte frais et le sable sec apparaissent sombres, souvent presque noirs.

• Les surfaces rugueuses diffusent l'énergie dans toutes les directions, y compris vers le capteur, de sorte que le sol nu, les prairies et la canopée forestière apparaissent dans des tons de gris moyen.

• Les angles renvoient l'impulsion directement vers le capteur par un double rebond, ce qui fait des bâtiments, des ponts et des navires les objets les plus brillants de toute scène. Une ville ressemble à un champ de points brillants.

• L'humidité augmente fortement le signal de retour, de sorte qu'un champ humide est plus brillant que le même champ lorsqu'il est sec.

La texture granuleuse d'une image radar est appelée tavelure (ou speckle). Il ne s'agit pas d'un bruit de capteur, mais d'une propriété de l'imagerie cohérente, et elle est réduite en faisant la moyenne de plusieurs vues ou par des filtres dédiés, toujours au détriment de la précision des détails spatiaux.

Bandes et polarisation

La longueur d'onde détermine la profondeur atteinte par le signal.

La polarisation décrit l'orientation de l'onde envoyée et l'orientation reçue, écrite sous la forme de deux lettres, ainsi VV signifie envoyé et reçu verticalement, tandis que VH signifie envoyé verticalement et reçu horizontalement. Cela a son importance car la surface modifie cette orientation. L'eau renvoie le signal en conservant son orientation et apparaît en VV mais à peine en VH, tandis qu'une canopée forestière brouille l'orientation à l'intérieur du volume des branches et produit un fort retour en VH. C'est pourquoi une composition colorée à partir de VV, VH et de leur rapport sépare si nettement l'eau, la végétation et les zones bâties, et constitue la première étape standard pour rendre une scène lisible.

Une composition colorée Sentinel-1 à partir de VV, VH et de leur rapport, permettant de distinguer clairement l'eau, la forêt et une zone bâtie

Pourquoi la géométrie semble incorrecte

Un radar regarde de côté et mesure la distance plutôt que l'angle, ce qui, en terrain montagneux, produit trois distorsions :

• Le raccourcissement (foreshortening). Les pentes orientées vers le capteur apparaissent compressées, car leur sommet et leur base se situent à des distances similaires du radar.

• Le repliement (layover). Sur les pentes raides, le sommet est plus proche du capteur que la base, il est donc enregistré en premier et la pente apparaît inversée.

• L'ombre radar. Le sol caché derrière une pente ne reçoit aucune impulsion et ne renvoie rien, et aucun traitement ne peut combler ce vide car aucune mesure n'a été effectuée.

Les deux premiers phénomènes sont corrigés à l'aide d'un modèle numérique de terrain (MNT) lors d'une étape appelée correction de terrain, c'est pourquoi le travail radar en montagne implique toujours un MNT. Pour le troisième, la seule solution consiste à planifier en choisissant une orbite qui éclaire les pentes d'intérêt.

L'interférométrie, ou la mesure de millimètres depuis l'orbite

L'aspect le plus précieux du radar n'a rien à voir avec l'image elle-même. Le capteur enregistre non seulement l'intensité du signal retourné, mais aussi sa phase, de sorte que deux acquisitions d'un même lieu depuis la même orbite peuvent être comparées. Si le sol a bougé entre-temps, la distance a changé, et la différence de phase révèle ce mouvement à l'échelle du millimètre ou du centimètre. L'interférométrie différentielle compare un couple d'images avant et après un événement, ce qui permet de cartographier le champ de déplacement d'un tremblement de terre en quelques jours. Les méthodes de séries temporelles utilisent des dizaines ou des centaines d'acquisitions pour suivre des mouvements lents tels que l'affaissement au-dessus de travaux miniers ou le prélèvement d'eaux souterraines.

Les limites sont strictes. Le sol doit réfléchir le signal de manière cohérente d'une acquisition à l'autre, de sorte que la végétation et l'eau perdent leur cohérence et ne donnent rien d'exploitable. La vapeur d'eau atmosphérique retarde le signal et simule un mouvement, c'est pourquoi les séries longues sont préférées aux paires uniques. En pratique, l'InSAR fonctionne le mieux sur les villes, la roche, le sol nu et les structures artificielles, là où les affaissements importent le plus.

Un interférogramme ou une carte de vitesse d'affaissement au-dessus d'une ville ou d'une zone minière, avec l'échelle de couleurs en millimètres par an

À quoi sert le radar

• Cartographie des inondations. L'eau apparaît sombre et lisse par rapport à presque tout le reste, et les inondations surviennent avec les nuages qui aveuglent les capteurs optiques. Comparer une scène prise pendant l'événement avec une autre prise avant permet de déterminer l'étendue de l'inondation en quelques heures.

• Déformation du sol. Affaissement au-dessus de travaux miniers et de prélèvements d'eaux souterraines, mouvement de barrages et de remblais, déplacement après des tremblements de terre. Il n'existe pas d'alternative pratique à cette couverture et à ce coût.

• Agriculture. Développement des cultures tout au long de la saison quel que soit le temps, humidité du sol, et détection des labours ou des récoltes grâce au changement net de la rugosité de la surface.

• Sylviculture. Détection de la déforestation dans les tropiques où la couverture nuageuse permanente empêche la surveillance optique, et estimation de la biomasse avec des longueurs d'onde plus longues qui traversent la canopée.

• Surveillance maritime. Les navires apparaissent comme des points brillants sur l'eau sombre, et le pétrole atténue les petites vagues qui diffusent le signal, de sorte qu'une marée noire se présente comme une tache distinctement sombre.

• Glace et neige. Étendue et type de glace de mer, vitesse des glaciers à partir d'acquisitions répétées, le tout pendant la nuit polaire lorsque l'imagerie optique est tout simplement indisponible.

Où obtenir les données

• Sentinel-1 est gratuit et constitue le point de départ idéal. Après l'ouverture des données de Sentinel-1D en avril 2026 et le retrait de Sentinel-1A en juillet de la même année, la constellation fonctionne avec le duo 1C et 1D sur un cycle de répétition de six jours. Au-dessus des terres, le mode par défaut offre une fauchée de 250 km avec une résolution de 5 par 20 mètres avec polarisation VV et VH, ce qui convient aussi bien à la cartographie qu'à l'interférométrie.

• NISAR, la mission conjointe de la NASA et de l'ISRO lancée le 30 juillet 2025, est le premier satellite radar transportant deux fréquences, la NASA exploitant la bande L et l'ISRO la bande S. Il repasse au même endroit tous les douze jours avec une résolution de 5 à 10 mètres, et les produits de la bande L sont gratuits via l'ASF DAAC et NASA Earthdata depuis juillet 2026. Parce que la bande L traverse la végétation, elle ouvre des possibilités de travaux que la bande C ne peut réaliser.

• Les archives d'ALOS PALSAR et des missions antérieures prolongent l'historique des données vers le passé, ce qui est crucial pour étudier les changements sur plusieurs décennies.

• Des opérateurs commerciaux comme ICEYE, Capella et TerraSAR-X vendent des résolutions inférieures au mètre et des fréquences de passage mesurées en heures, idéales lorsqu'un site spécifique nécessite une surveillance étroite.

Les points d'accès essentiels à connaître sont le Copernicus Data Space Ecosystem pour Sentinel-1 et l'ASF DAAC pour NISAR et les missions d'archives.

En quoi consiste le traitement

Une scène téléchargée n'est pas prête à l'emploi, ce qui surprend souvent les utilisateurs habitués aux données optiques. La chaîne minimale de traitement est la suivante :

• Appliquer le fichier d'orbite précise, en corrigeant la position enregistrée du satellite.

• Calibrer les valeurs en rétrodiffusion pour qu'elles correspondent à une réalité physique et soient comparables entre les scènes.

• Filtrer le speckle, en sacrifiant quelques détails spatiaux pour obtenir une image plus propre.

• Appliquer la correction de terrain avec un MNT, ce qui projette l'image dans les coordonnées de la carte.

• Convertir en décibels pour l'affichage.

ESA SNAP est l'outil standard gratuit et couvre l'ensemble de cette chaîne. Plusieurs fournisseurs publient désormais des produits prêts pour l'analyse (Analysis Ready Data) avec étalonnage et correction de terrain déjà appliqués, ce qui, pour de nombreuses tâches, évite d'avoir à traiter quoi que ce soit.

Erreurs courantes

• Lire une image radar comme s'il s'agissait d'une photographie. Sombre signifie lisse, et non de couleur foncée.

• Supposer que chaque zone sombre est de l'eau. Le sable sec, l'asphalte frais et l'ombre radar sont également sombres, c'est pourquoi la cartographie des inondations compare différentes dates plutôt que d'appliquer un seuil sur une seule scène.

• Comparer des acquisitions issues d'orbites différentes ou de directions de visée différentes, où la géométrie diffère et rend la comparaison vide de sens.

• Ignorer la correction de terrain dans les zones montagneuses et mesurer ensuite des distances ou des surfaces à partir du résultat obtenu.

• S'attendre à ce que l'interférométrie fonctionne sur des forêts, de l'eau ou des terres agricoles fraîchement labourées. La cohérence est perdue et aucun traitement ne permet de la récupérer.

FAQ

Le radar peut-il voir à travers les murs ou sous terre ?

Non. Les longueurs d'onde plus longues pénètrent la végétation et quelques centimètres de sol sec, et c'est la limite. L'affirmation fréquente selon laquelle les satellites voient les structures enfouies fait référence à des traces indirectes à la surface, telles que des différences d'humidité du sol et de végétation.

Pourquoi l'eau est-elle noire sur une image radar ?

L'eau calme est lisse à ces longueurs d'onde et réfléchit l'impulsion à l'opposé du capteur comme un miroir. L'eau agitée par un vent fort diffuse davantage et apparaît nettement plus brillante, ce qui permet également au radar de mesurer l'état de la mer.

Le radar peut-il remplacer l'imagerie optique ?

Non, ils sont complémentaires. Le radar offre une fiabilité par tous les temps et des mesures d'humidité, de rugosité et de mouvement. L'optique apporte de la couleur, des indices spectraux et des images qu'un non-spécialiste peut interpréter directement.

Quelle est la précision des affaissements mesurés par InSAR ?

Avec des réflecteurs stables et une longue série temporelle, la précision est de l'ordre du millimètre par an. Sur la végétation, l'eau ou des surfaces qui changent rapidement, elle peut ne rien donner d'exploitable du tout. La technique est exceptionnellement précise là où elle fonctionne, et muette là où elle ne fonctionne pas.

Points clés à retenir

Le radar produit sa propre illumination, il fonctionne donc de nuit et à travers les nuages, et il mesure la géométrie et l'humidité de la surface plutôt que sa couleur.

La luminosité est synonyme de rugosité, d'angles et de teneur en eau, une image radar doit donc être lue selon ses propres codes et non comme une photographie.

L'interférométrie mesure les mouvements du sol à l'échelle millimétrique sur les villes et les sols nus, et l'accès gratuit à Sentinel-1 ainsi qu'aux nouvelles archives de la bande L de NISAR met cette technologie à la portée des projets courants.