Les indices spectraux sont l'un des outils fondamentaux pour analyser les données d'observation de la Terre. Ce sont des combinaisons mathématiques de valeurs de réflectance dans diverses bandes spectrales d'images satellites. Ces combinaisons permettent de mettre en évidence des propriétés de surface spécifiques qui sont difficiles à déterminer à partir d'images en couleurs standard.
Chaque type de surface — végétation, sol, eau ou zones bâties — réfléchit le rayonnement électromagnétique différemment selon les gammes spectrales. Par exemple, la végétation saine réfléchit activement le rayonnement dans le proche infrarouge et absorbe la lumière rouge. En utilisant cette propriété, on peut calculer des indices qui permettent d'évaluer quantitativement la santé de la végétation.
Contrairement aux images RVB standard, les indices spectraux permettent d'identifier des motifs cachés dans les données. Ils sont largement utilisés en agriculture, en foresterie, en écologie et pour la surveillance environnementale. Ils peuvent être utilisés pour évaluer la santé des cultures, suivre la dégradation de la végétation, identifier le stress des plantes et analyser les changements à la surface de la Terre au fil du temps.
Indices de végétation de base
L'un des indices les plus courants est le NDVI (indice de végétation par différence normalisée). Il est calculé en utilisant les bandes rouge et proche infrarouge (NIR) des images satellites.
Explication des canaux
Satellite | Vert | Rouge | PIR (NIR) |
Sentinel-2 | Bande 3 | Bande 4 | Bande 8 |
Landsat 8–9 | Bande 3 | Bande 4 | Bande 5 |
Formule de calcul de l'indice NDVI
Exemple de calcul d'indice. Sources/Usage : Domaine public. Voir les détails du média
Les valeurs de l'indice varient de -1 à 1. Les valeurs élevées (0,6–0,9) correspondent généralement à une végétation dense et saine, les valeurs proches de zéro indiquent du sol ou une végétation clairsemée, et les valeurs négatives sont typiques de l'eau ou des nuages. Sur les cartes NDVI, la végétation saine est généralement représentée dans des tons verts, tandis que les valeurs faibles sont jaunes ou rouges.
Un autre indice simple est le DVI (indice de différence de végétation) :
Formule de calcul de l'indice DVI
Cet indice reflète la différence absolue entre les canaux infrarouge et rouge. Il est sensible à la densité de la végétation, mais peut être affecté par les conditions d'éclairage et les caractéristiques du capteur.
Le RVI (indice de rapport de végétation) est le rapport de ces mêmes canaux :
Formule de calcul de l'indice RVI
Cet indice est utilisé pour évaluer la biomasse et la densité de la végétation.
Un autre indicateur simple est le GRVI (indice de végétation vert-rouge) :
Formule de calcul de l'indice GRVI
Il utilise à la fois les bandes verte et rouge et peut être appliqué dans les situations où les données infrarouges ne sont pas disponibles.
Ces indices de base sont souvent utilisés comme point de départ pour l'analyse de la végétation et permettent une évaluation rapide de l'état d'une zone à l'aide de données satellites.
Application pratique des indices de base
Le choix de l'indice spectral dépend de la tâche d'analyse et des canaux de données satellites disponibles. Les indices de base : NDVI, DVI, RVI et GRVI sont utilisés pour une évaluation initiale de l'état de la végétation et permettent d'identifier rapidement les zones présentant différentes densités de végétation.
Le NDVI est l'indice le plus courant et est utilisé pour surveiller l'état de la végétation sur de grandes surfaces. Il permet d'identifier les zones de croissance active des plantes, de suivre les changements saisonniers et d'analyser la dynamique de la végétation au fil du temps.
Le DVI est utilisé pour évaluer les différences de réflectivité entre les bandes infrarouge et rouge. Cet indice peut être utilisé pour identifier facilement les zones à biomasse plus élevée ou plus faible, ainsi que pour une analyse rapide des images sans normalisation complexe des données.
Le RVI est le rapport des bandes infrarouge et rouge et est utilisé pour évaluer la densité de la végétation. Il est particulièrement utile pour comparer différentes parties d'un territoire, car il permet d'identifier les différences d'intensité de la végétation.
Le GRVI utilise les bandes verte et rouge et peut être appliqué dans des situations où les données du proche infrarouge ne sont pas disponibles. Cet indice convient à l'analyse d'images dotées d'un ensemble limité de bandes spectrales, telles que celles provenant de certains types de photographies aériennes ou d'appareils photo.
L'utilisation de ces indices de base donne une idée générale de l'état de la végétation et sert de point de départ pour une analyse plus détaillée des données satellites. Dans les applications pratiques, on compare souvent plusieurs indices, ce qui permet d'interpréter plus précisément l'état de la zone d'étude.
Tableau récapitulatif des indices
Indice | Bandes spectrales | Exemples de bandes (Sentinel-2 / Landsat 8–9) | Plage de valeurs | Avantages | Limites |
NDVI | PIR, Rouge | Sentinel-2 : B8, B4 / Landsat 8–9 : B5, B4 | −1 à 1 | Indice largement utilisé, valeurs normalisées, efficace pour surveiller l'état de la végétation et les changements au fil du temps | Peut saturer dans la végétation dense et peut être affecté par les conditions atmosphériques |
DVI | PIR, Rouge | Sentinel-2 : B8, B4 / Landsat 8–9 : B5, B4 | Dépend des valeurs de réflectance du capteur | Calcul très simple, utile pour détecter les différences de biomasse végétale | Non normalisé, sensible à l'éclairement et aux différences entre capteurs |
RVI | PIR, Rouge | Sentinel-2 : B8, B4 / Landsat 8–9 : B5, B4 | Généralement > 1 pour la végétation | Utile pour comparer la densité de la végétation et la biomasse entre les zones | Sensible aux effets atmosphériques et aux variations des valeurs de réflectance |
GRVI | Vert, Rouge | Sentinel-2 : B3, B4 / Landsat 8–9 : B3, B4 | −1 à 1 | Peut être calculé lorsque les données PIR ne sont pas disponibles, adapté aux ensembles de données spectrales limités | Moins sensible à la santé de la végétation par rapport aux indices utilisant le PIR |
FAQ
À quoi servent les indices spectraux ?
Les indices spectraux aident à analyser les images satellites en mettant en évidence les propriétés de la surface de la Terre, telles que la santé de la végétation, la biomasse ou les différences de couverture terrestre.
Pourquoi le NDVI est-il l'indice le plus couramment utilisé ?
Le NDVI offre un moyen simple et fiable d'évaluer l'état de la végétation à l'aide des bandes rouge et proche infrarouge, ce qui le rend adapté à une surveillance à grande échelle.
Quand faut-il utiliser des indices comme le DVI, le RVI ou le GRVI ?
Ces indices sont utiles pour une analyse rapide de la végétation, pour comparer la densité de la végétation ou pour travailler avec des ensembles de données où seules des bandes spectrales limitées sont disponibles.
Points clés à retenir
Les indices spectraux permettent aux chercheurs d'extraire des informations supplémentaires à partir d'images satellites en combinant les valeurs de différentes bandes spectrales.
Les indices de végétation de base tels que le NDVI, le DVI, le RVI et le GRVI aident à évaluer rapidement la densité et l'état de la végétation sur de grandes surfaces.
La comparaison de plusieurs indices améliore l'interprétation des données satellites et permet d'obtenir une compréhension plus fiable des profils de végétation.
