Utiliser des données satellite en classe grâce à Sentinel hub

Sentinel hub (https://www.sentinel-hub.com) met à disposition les données d’imagerie satellitaire issues des constellations Européennes appartenant au programme Copernicus (Landsat et Sentinel notamment). Parmi les outils proposés au grand public, l’application EO-Browser est un SIG* qui permet de visualiser facilement les images satellites, puis de les analyser.

Cet article est destiné à expliquer le fonctionnement de l’interface EO-BROWSER, puis à illustrer son utilisation en classe à partir d’un exemple d’activité destinée au cycle 4.

*SIG : Système d’Information Géographique, un logiciel capable de créer, gérer et analyser des informations cartographiques.

Tutoriel Vidéo : utiliser EO-BROWSER

Partie 1 : Trouver et afficher des images satellites

 

Partie 2 : Analyser des images satellites à l’aide des outils intégrés à EO-Browser

 

Partie 3 : Exploiter des images satellites dans Mesurim2

Exemple d’activité (collège, cycle 4) : La sécheresse dans le Var – La ressource en eau

(Activité proposée par A. Von Hatten et Fabrice Mourau – Observatoire EduMed : http://edumed.unice.fr)

Objectif : Mise en évidence de la raréfaction de la ressource en eau en lien avec les conditions météorologiques.

Mots clés : Ressource en eau, dérèglement climatique, EDD, SVT, Histoire-Géographie, EMC, image satellite

Dans les programmes: Cycle 4, SVT

« L’éducation au développement durable, au changement climatique et à la biodiversité est un enjeu majeur de formation des élèves. »

Connaissance et compétence associée :caractériser quelques-uns des principaux enjeux de l’exploitation d’une ressource naturelle par l’être humain , en lien avec quelques grandes questions de société. L’exploitation de quelques ressources naturelles par l’être humain (eau, sol, pétrole, charbon, bois, ressources minérales, ressources halieutiques…) pour ses besoins en nourriture et ses activités quotidiennes.

Compétences travaillées :

– Mobiliser des outils numériques : utiliser des logiciels d’acquisition de données, de simulation et des bases de données.
– Pratiquer des démarches scientifiques  :  Lire et exploiter des données présentées sous différentes formes : tableaux, graphiques, diagrammes, dessins, conclusions de recherches, cartes heuristiques, etc.
– Comprendre les responsabilités individuelle et collective en matière de préservation des ressources de la planète
(biodiversité, ressources minérales et ressources énergétiques) et de santé.

 

Dans la progression :
L’activité s’inscrit dans une séquence dédiée à la ressource en eau. En s’appuyant sur la connaissance des besoins nutritifs des végétaux (Eau, Photosynthèse), on induit une réflexion sur la gestion de la ressource et sa vulnérabilité vis à vis du dérèglement climatique. Dans le champ de l’éducation au développement durable (EDD), elle fait appel à des notions de Physique-Chimie (rayonnement, lumière) et d’Histoire-Géographie (vulnérabilité, enjeux, gestion des ressources). Une approche transversale avec les enseignants de ces disciplines est à encourager ( fil vert l’eau) .

 

Utilisation en classe : Les élèves travaillent en salle informatique. Ils peuvent être seuls ou travailler en binômes. chaque paragraphe écrit en bleu décrit les consignes d’utilisation de l’application. L’enseignant doit vérifier qu’elles sont correctement réalisées et peuvent faire l’objet d’une évaluation de compétence (maitrise de l’outil numérique, autonomie…). Trois niveaux de formulation des questions sont proposés à des fins de différenciation. Pour chacune, l’élève choisit au départ dans quelle catégorie il veut travailler mais l’enseignant pourra moduler au cours de l’activité si l’élève est en difficulté (A: expert ; B: confirmé ; C : apprenti).

Une série de barrages associés à de nombreux canaux et aqueducs construits au cours du XXème siècle ont résolu les problèmes d’approvisionnement en eau de la Provence. La croissance des métropoles littorales et surtout l’impact du tourisme sur la côte d’Azur (65 millions de nuitées par an dans le Var) mettent en tension cette ressource en eau potable uniquement renouvelée par les précipitations annuelles. Ainsi, le lac artificiel de Sainte-Suzanne (retenue de Carcès) a été créée en 1936. Il collecte les eaux des bassins versants de l’Issole et du Caramy, formant un réservoir d’eau de 8 millions de m3 destiné à l’alimentation en eau potable de la ville de Toulon et d’une partie de sa communauté d’agglomération.

Document 1 : Le Lac de Sainte-Suzanne, réserve d’eau de la ville de Toulon (modifié de PGRE Caramy-Issole, 2020)

 

Première partie : Le Lac de Carcès et sa région.

Consigne : Sur l’application EO-BROWSER, centrer le lac de Sainte-Suzanne à l’aide de la carte ci-dessous (document 2), sélectionner le satellite « Sentinel-2 », choississez une plage horaire comprise entre avril et mai 2020, puis cliquer sur rechercher. Choisir une journée sans nuages et cliquer sur visualiser (ex : 4 mai 2020), puis le traitement L2A des données (choisir le jeu de données L2A au dessus du calendrier).

Document 2 : zoomer jusqu’à n’afficher que la zone encadrée en rouge sur l’écran de EO-BROWSER.

Sur une image satellite, il est possible de repérer des espaces naturels (forêt, mer…) et des installations humaines (ville, route…).

Consigne : A l’aide des indices qui te sont proposés (images et descriptions), fais correspondre les lieux indiqués sur l’image satellite (A, B, C, D, E, F) aux photographies qui conviennent. Tu peux également te rendre sur le globe virtuel Google Earth pour explorer l’image satellite.

Deuxième partie : Estimer l’état de santé de la végétation

Consigne : sur EO-BROWSER (toujours sur l’image du 4 mai 2020), demande l’affichage des bandes 8, 4 et 3 dans le proche infrarouge.

Parfois on étudie l’image en « fausses couleurs » pour mettre certains phénomènes en évidence mais notre interprétation des couleurs doit alors être modifiée. Ici la végétation est en rouge car elle réfléchit le rayonnement infrarouge.

Quand ils sont en bonne forme, les végétaux ont de nombreuses feuilles qui renvoient beaucoup de rayonnement infrarouge et ils apparaissent en rouge.

Les arbres feuillus (chênes blancs, chênes verts, noisetiers, érables…) renvoient mieux la lumière que les résineux (essentiellement le pin d’Alep sur le territoire étudié), on peut donc distinguer les 2 types de végétation : feuillus en rouge vif et résineux en rouge sombre.

Le sol nu ou la végétation sèche sont en jaune et l’eau en noir car elle réfléchit mal ce type de rayonnement.

Questions (3 niveaux de formulation A, B et C pour différenciation)

A : A partir d’exemples choisis sur l’image, décris la répartition de la végétation dans la région de Carcès.

B : Répondre aux questions

  1. Comment expliques-tu la couleur des rives du fleuve Argens, de l’Issole et du Caramy sur l’image satellite infrarouge ?
  2. Compare la végétation au bord des cours d’eau à celle des collines.
  3. comment apparaissent les champs de vigne en infrarouge ? Explique pourquoi en t’appuyant sur la photographie de l’activité précédente.

C : Répondre aux questions

  1. Pourquoi les rives du fleuves Argens apparaissent d’un rouge très vif sur l’image satellite ?
  2. Les collines apparaissent en rouge sombre, que signifie cette couleur du point de vue de la végétation ?
  3. Sachant que le sol est totalement désherbé entre les rangées de vigne, explique pourquoi les champs apparaissent en jaune sur l’image.

Consigne : Sur EO-BROWSER, sauvegarde l’image du 5 mai 2022 pour comparaison en cliquant sur l’icône, puis clique sur le calendrier, affiche l’image du 27 août 2020 et sauvegarder l’image à nouveau pour comparaison. Dans l’onglet « comparer », utilise les curseurs pour comparer les 2 images.

Questions (3 niveaux de formulation A, B et C pour différenciation)

A : A partir d’exemples précis tirés de  la comparaison des 2 images, explique l’évolution de l’état de santé des végétaux.

B : Répondre aux questions :

  1. Quand ont-été prises ces 2 photographies ?
  2. Le changement de couleur observé correspond-il à une meilleure ou une plus mauvaise santé de la végétation ? pourquoi ?
  3. En t’appuyant sur l’évolution de la hauteur d’eau dans le lac de Sainte-Suzanne, propose une explication à l’évolution de l’état de santé des végétaux.

C : Répondre aux questions :

  1. Comparer la saisons entre les 2 images.
  2. L’image prise en été est plus jaune que celle prise au printemps. Qu’est-ce que cela nous apprend sur l’état de santé des végétaux.
  3. Comment évolue la quantité d’eau dans le lac de Sainte-Suzanne entre mai et août ? Qu’est-ce que cela nous apprend sur la quantité d’eau disponible pour les végétaux ?

 

Troisième partie : l’eau, une ressource fragile.

Document 3 : cumuls annuels de pluie mesurés à proximité du territoire étudié :  station météorologique de Montfort-sur-Argens (Sce : Météo France sur le site de la préfecture du Var, données relevées le 10 décembre 2022)

Consigne :  Sur EO-Browser, le traitement NDWI de l’image va mettre en évidence les eaux de surface. Affiche les images sur la même zone pour le 27 septembre 2018 et 26 septembre 2022 en utilisant ce traitement plutôt que les fausses couleurs en infrarouge proche.

Questions (3 niveaux de formulation A, B et C pour différenciation)

A : En t’appuyant sur les documents 1, 3 et l’imagerie satellite, explique en quoi l’évolution des conditions météorologiques en Centre-Var pourrait-être préoccupante pour les habitants du Var et l’industrie du tourisme dans le département. Quelles solutions proposerais-tu aux habitants pour résoudre une partie de leurs problèmes d’approvisionnement en eau potable ?

B : Répondre aux questions :

  1. Quelle relation peux-tu établir entre l’évolution des précipitations annuelles (doc.3) et  la taille du lac de Sainte-Suzanne ?
  2. Pourquoi a-t-on construit le lac de Saint-Suzanne en 1936 ?
  3. Explique en quoi l’évolution des conditions météorologiques est préoccupante pour les habitants de l’agglomération de Toulon  et les touristes en été.
  4. Quels conseils pourrais-tu donner aux habitants pour résoudre une partie de leur problème ?

C : Répondre aux questions :

  1. En utilisant au choix les termes « augmente », « diminue » ou « est constant(e) », explique comment évoluent (changent dans le temps) :
        1. Les cumuls annuels de précipitation
        2. La taille du lac de Sainte Suzanne
  2. A ton avis, pourquoi la taille du lac diminue entre 2018 et 2022 ?
  3. A partir du document 1, explique pourquoi on a construit le lac de Sainte-Suzanne en 1936.
  4. Quels problèmes vont rencontrer les habitants de Toulon si les pluies ne suffisent plus à remplir leur réservoir d’eau ?
  5. Que pourrais-tu conseiller aux habitants et aux touristes pour réduire leur consommation d’eau ?

En conclusion

L’activité proposée n’est qu’une illustration de l’utilisation d’EO-Browser en classe. L’outil d’observation de la Terre par satellite peut être utilisé de bien d’autres manières pour illustrer les points de programme en lien avec le risque (incendie, tsunami, volcan, inondation), les impacts anthropiques sur l’environnement (déforestation, agriculture, pollution atmosphérique) ou les phénomènes de géodynamique externe (Érosion, transport et sédimentation dans l’optique du programme de seconde Partie Géosciences et dynamique des paysages). De nombreux exemples d’utilisation sont disponibles sur la page de présentation EO-Browser ou directement dans l’application : en cliquant sur le bouton Education, on peut choisir un thème, puis le logiciel propose des séries d’images. Ce sera ensuite à vous de construire les études de cas.

Quant au lac de Carcès, la poursuite de l’activité pourrait concerner une  étude de l’évolution de la biodiversité aquatique en lien avec la pression de sélection ou la gestion compensatoire de ces contraintes par la société de pêche qui agit sur les populations de poissons (alevinage, pêche sélective ou quotats).

 

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